由于水資源污染、淡水資源日益匱乏,水危機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的日常生活。從晨霧中捕獲水氣則可以緩解干旱地區(qū)的缺水問(wèn)題。受納米布沙漠甲蟲(chóng)、仙人掌、蜘蛛絲等動(dòng)植物自發(fā)捕集霧水的啟發(fā),構(gòu)建特殊潤(rùn)濕性的仿生霧水收集材料備受關(guān)注。詳細(xì)總結(jié)了仿生霧水收集材料的最新研究進(jìn)展,討論了仿生集水材料的設(shè)計(jì)和制備方法,并從霧水收集的四大仿生策略出發(fā),介紹了提升霧水收集效率的設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上,分析了當(dāng)前仿生霧水收集過(guò)程存在的問(wèn)題,展望了此類(lèi)材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和方向。 

【文章來(lái)源】：化工學(xué)報(bào). 2020,71(10)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：21 頁(yè)

【部分圖文】：

不同固體表面潤(rùn)濕性模型

蜘蛛絲的集水能力歸因于其獨(dú)特的微納米纖維結(jié)構(gòu)，但由于微小的水滴在纖維上會(huì)形成許多不規(guī)則的輸水通道導(dǎo)致排水不暢，因此難以收集大量的水滴，而納米布沙漠甲蟲(chóng)背部規(guī)則的親水峰和疏水凹槽可以為解決排水不良問(wèn)題提供巧妙的設(shè)計(jì)靈感�；诖耍琖ang等[81]在棉織物上噴涂正十八烷基三乙氧基硅烷后，將二氧化鈦(Ti O2)納米溶膠噴涂在超疏水纖維表面形成獨(dú)特的光誘導(dǎo)超親水凸起點(diǎn)，這些凸起物可誘導(dǎo)產(chǎn)生潤(rùn)濕性梯度和形狀梯度，協(xié)同促進(jìn)了水滴的融合和收集，而由交錯(cuò)纖維組成的棉織物提供了水滴凝聚通道。為了研究Ti O2的涂覆量與集水效率之間的關(guān)系，研究者以不同噴涂距離來(lái)制備材料樣品，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在0.5～4 min內(nèi)的霧水收集過(guò)程中，該復(fù)合結(jié)構(gòu)樣品的集水效果比單一結(jié)構(gòu)的參照樣品更加明顯。最近，Xing等[82]結(jié)合沙漠甲蟲(chóng)背部的潤(rùn)濕性圖案與蜘蛛絲的梯度結(jié)構(gòu)特征來(lái)提高霧水收集效率，他們巧妙使用陽(yáng)極氧化法來(lái)制作有序的親水圓形圖案，在氧化過(guò)程中，由于圓形圖案被掩膜遮擋無(wú)法被氧化。另外，隨著電流的逐漸增加以及電解質(zhì)逐漸流失所引起的氧化差異可同時(shí)形成潤(rùn)濕梯度。利用此方法所得到的表面不僅提高了霧滴捕獲性能，而且在霧滴收集過(guò)程中還可以與疏水基質(zhì)保持有效的排水，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的集水循環(huán)。3.3 多種仿生結(jié)構(gòu)結(jié)合策略

如圖10(a)所示，Li等[66]采用沉浸表面累積三維打印工藝(immersed surface accumulation based 3D printing)成功地制造出了仿仙人掌葉片上簇狀的針形微結(jié)構(gòu)。在加工過(guò)程中，光固化樹(shù)脂被選擇性地曝光從而形成特定的仿仙人掌簇狀的針形微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，3D打印的仙人掌刺狀微結(jié)構(gòu)有助于水滴的凝結(jié)和運(yùn)輸，通過(guò)改變3D打印的仙人掌刺結(jié)構(gòu)的表面疏水性可以進(jìn)一步增加水滴凝結(jié)速率[圖10(b)]。2.4 仿豬籠草口緣表面結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]仿生材料在集水領(lǐng)域應(yīng)用的研究現(xiàn)狀[J]. 陳振,張?jiān)鲋?杜紅梅,王晗,王立寧,叢中卉,吳浩平.  材料工程. 2020(03)
[2]仿生超潤(rùn)濕材料的研究進(jìn)展[J]. 文剛,郭志光,劉維民.  中國(guó)科學(xué):化學(xué). 2018(12)



本文編號(hào)：2991334