Et pulver som synes tørke men den inneholder nesten bare foss: Tørt vann oppstår fra en fysisk transformasjon som fullstendig endrer måten væsken oppfører seg på. Det er ikke et nytt stoff, men en ny måte å organisere vann på, delt inn i mikrodråper og dekket av faste partikler. Å forstå hvordan denne strukturen er dannet krever at man går inn i de mikroskopiske mekanismene som gjør den stabil, mens eksperimenter viser hvordan den klarer å modifisere fundamentale egenskaper, som f.eks. glatthet av materialer eller interaksjon med gasser. Det er nettopp fra disse resultatene at de mest interessante bruksområdene dukker opp, alt fra konstruksjon av byggematerialer til teknologier for lagring og resirkulering gassfangst, som karbondioksid.
Hvordan tørt vann dannes: sammensetningen
Tørt vann er et pulver som hovedsakelig består av vann, opptil 95–98 vektprosent, men som oppfører seg som en solid materiale. I utgangspunktet er det ikke vannet som endrer tilstand, men noe mer interessant skjer. Under forberedelsen, vannet er agitert med hastigheter opp til titusenvis av omdreininger per minutt, sammen med partikler på silika veldig liten og hydrofobisk (dvs. de «støter bort» vann). Denne prosessen gjennomføres kl høy energi og bryter væsken inn mikroskopiske dråpersom hver er dekket av et stabilt skall av faste partikler.
Resultatet er en struktur med vann inni og en «nettverk» av silika nanopartikler. Dette belegget hindrer dråpene i å smelte sammen (koalescens) og derfor gå tilbake til flytende vann. Stabiliteten til silikaskallet avhenger av flere faktorer: partikkelstørrelse, blandingsenergi, affinitet mellom vann og fast overflate (kontaktvinkel). Hvis silikaen ikke er hydrofob nok, fungerer ikke systemet: i stedet for pulver får du en suspensjon eller mousse.
Hva endres i forhold til vanlig vann
Nøkkelpunktet om tørt vann kontra flytende vann er at tørt vann ikke lenger er kontinuerlig, men delt inn i millioner av isolerte mikrodråper. Og dette endrer fullstendig oppførselen til systemet. Et veldig tydelig eksempel kommer fra studier av granulære materialer: når normalt vann tilsettes sand, dannes de flytende broer mellom granulatet som de gjør den kompakt og ikke veldig jevn.
Faktisk går glidevinkelen fra ca. 38,7° til 56,2° allerede med bare 0,5 % vann. Med tørt vann skjer imidlertid det motsatte: vannet forblir «fanget», det dannes ingen væskebroer og derfor fortsetter materialet å oppføre seg som et flytende pulver. Dette er et av de mest interessante resultatene fra et applikasjonssynspunkt.
Eksperiment og hovedresultater
En av de mest konkrete studiene er den utført av Leigh Duncan Hamilton og kolleger vedInstitutt for partikkelteknologisom testet tørt vann blandet med sand. Målet var å sette inn vann i et granulært materiale uten å ødelegge egenskapene.
De laget flere varianter av tørt vann med forskjellige vann/silika-forhold. Deretter blandet de dem med sand (partikler ~1 mm) og varierte til slutt vanninnholdet opp til 5 vekt%. De observerte det vann kan inkorporeres uten tap av glatthet; at tilstedeværelsen av silika hindrer dannelsen av væskebroer og det selv små mengder silika er tilstrekkelig for å stabilisere systemet.
Tørt vann er imidlertid ikke stabilt for alltid, og selv om det virker som et «perfekt» materiale, har det begrensninger: kan bryte under mekanisk påkjenningkan dråpene samle seg over tid gjenbrukbarhet det er fortsatt et åpent problem.
De ulike bruksområdene for pulverisert vann
Interessen for tørt vann oppstår nettopp fra det det gjør mulig på mange felt, fra bygg til kosmetikk.
1. Materialer og konstruksjoner
I konstruksjon kan tørt vann brukes til å lagre vann i materialer, forbedre prosesser som 3D-utskrift av betong, kompensere for vanntap og avkjøl systemene.
2. Gasser og miljø
I følge en nyere oversikt øker tørt vann kontakten mellom vann og gass betraktelig. Dette har en direkte effekt på gasshydratdannelse, fangst av karbondioksid (CO2), lagring av metan eller hydrogen. Det klassiske problemet er at gasser løser seg lite i vann, men her er hver dråpe en tilgjengelig overflate og derfor akselererer prosessen.
3. Legemidler og kosmetikk
Imidlertid kommer en viktig bruk i legemidler og kosmetikk allerede fra de første studiene. En viktig mekanisme på dette området er evne til å transportere aktive stoffer i beskyttet form og frigjøre dem bare når det er nødvendig. Dette er fordi vann kan frigjøres ganske enkelt ved mekanisk påkjenning (for eksempel gni).
