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什麼樣的材料可以吸水,然後本身保持乾燥呢?

我希望是一個長條狀的材料,一端接觸空氣一端在密封罐中,只要插上就可以凝結空氣中的水蒸氣為水。


從問題描述來看,題主需要的是一種能夠從空氣中將水凝結的材料。

這類材料在自然界中非常普遍,很多沙漠中的植物和動物都有收集水蒸氣的能力,看一下這個鏈接:沙漠甲蟲集水的啟示;

從原理上分析,首先集水的環境必須濕度達到一定值,水蒸氣具有形成水的動力,化學語言就是吉布斯自由能是降低的才行,否則太乾燥的環境即使收集到了水蒸氣,使其凝結成水,也會很快揮發,看那些能夠收集水的甲蟲,也必須是有霧氣時才能做到。這是熱力學因素,不滿足這一條,用什麼材料都白搭;

具體用什麼材料那就是動力學的問題了,相當於設計一種催化劑;實際上實現上述這種要求與材料本身的結構關係並不是特別大,當然肯定存在關係,那就是材料要有一定的疏水性,否則親水得跟棉花一樣,濕度大時吸飽了水就釋放不出來了;其次要有足夠的比表面積,這樣可以接觸足夠的水蒸氣,因為熱力學上水蒸氣不穩定,那麼遇到固體時就會很容易凝結,就像下霧時我們的頭髮一樣,比表面積越大,就越容易使水凝結。所以,基本上就是這樣咯。

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發彩蛋了。

材料本身的吸水性能一般可以分為化學乾燥和物理乾燥兩種,化學乾燥容量小,但乾燥能力強,像P2O5就是最強的乾燥劑,甚至可以脫除結晶水;物理乾燥則類似於分子篩,利用空腔來吸附,因此能否吸附取決於空腔的平均半徑,吸附能力則與比表面積正相關。高分子超吸水材料則是一種高級的物理吸附,通常是通過高濃度的親水基團來實現,這其實是利用了化學性質,但並未發生化學反應,最著名的莫過於聚乙烯醇了。比如尿不濕其實就是題主提到的,可以吸水,本身還能保持乾燥,其主要成分曾經就是聚乙烯醇;羥基吸水性不如羧基,更不如羧酸鈉,所以現在的尿不濕則主要使用聚丙烯酸鈉了(多謝@小草籽提醒)。


為什麼不是衛生巾 不是一直在乾爽上做文章嗎?


看上去比較黑科技的說

按照我的膚淺的理解,Nafion就可以,不過需要有推動力,不然就不符合熱力學原理了


答案是有,題主這個想法已經被前人在自然界觀察到了,就是沙漠中的仙人掌。

源於沙漠中的水極度缺乏,仙人掌的根即使扎得夠深,仍然難以汲取到足夠的水。事實上,仙人掌中儲存的水,大部分並不來自於它們的根部,而是它們的刺。請看下面這張圖:

仙人掌的刺分為兩種,一種是長而尖的突在外面,一種像絨毛一樣在底部。

那麼為何仙人掌要長出這兩種刺呢?

原因是,當空氣中的水凝結在長刺上的時候,由於長刺是錐型的,水珠在兩頭受到的表面張力不一致,於是這個表面張力就會驅使水珠朝刺的粗端移動:

上圖可見水滴由於表面張力,克服重力往上走了,而且在移動過程中還越來越大(當然,實驗條件濕度比較大,真實的沙漠環境不會一下有那麼大的水珠形成)。

當水珠移動到尖刺的根部的時候,長在根部的絨毛(超吸水材料)就會把水珠吸收到仙人掌內部,於是就完成了一次吸收過程。

此外,仙人掌的表面是有一層蠟質的,防止內部的水分過量蒸發。於是,整個仙人掌的汲水過程和題主說的非常類似。

嗯,題主要是早幾年想到這個問題並且觀察到這個現象,而且還能把機理詮釋出來,一篇好文章就出來了。

圖片來源Nature Communications


克洛克達爾


實驗室最常用的東西——變色硅膠


我覺得題主想要的應該是這個...http://www.jamesdysonaward.org/projects/fontus-2/

Fontus 就是一個簡單冷凝水裝置...當然...如果說題主想要的是一個不需要消耗任何能量的裝置的話,只能說是不可能有的了。


酒吧的杯墊兒,沒有之一


人,喝了水,表面還是干搭!


硅膠


衛生巾里透明的小顆粒


我想題主想問得是,衛生巾和尿不濕的原理


ioxg


乾燥劑吧 生石灰吸收水分變熟石灰 產生化學反應 但兩種都是固體


尿不濕


【我希望是一個長條狀的材料,一端接觸空氣一端在密封罐中,只要插上就可以凝結空氣中的水蒸氣為水。】

讓空氣里的水分凝結為液態,唯一的方式就是讓它降溫。

你希望的這個材料必須溫度較低、疏鬆多孔、具備毛細能力才行,看樣子你也不希望它耗能。

目前似乎不大容易實現。


低於零度的東西


成人尿不濕


直接分解的那種?


題主的限定比較模糊

如果從物理角度考慮

任何材料都可以,只要不吸水。但是想實現題主的設想,需要溫度差(也就是讓飽和蒸氣壓有差距),自然熱端的水蒸氣進入冷端,過飽和,就會凝結

以上裝置稱作冷阱

從材料/化學角度考慮,或者說限定不許有溫度差

如果僅僅是吸水,那很容易,乾燥劑就能實現。包括濃硫酸、P2O5這種依靠反應吸水的,也有硅膠、分子篩這種靠物理吸附吸水的。但是其中的水不付出能量,依靠重力是取不出來的

想實現題主沙漠取水這一應用。這個問題就複雜了,因為製造蒸汽壓差並不容易

可以用 @福塞斯 的方法。原理大致理解為液滴最初形成時候,與刺接觸部分是凹液面,此處的蒸汽壓相比平的頁面要低,水汽更易凝結。進而可以形成較大的液滴,但是也要求空氣中水的蒸汽壓比較高才可以。


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