生物启发具有低温水收集能力的分层沟槽光滑表面

发布日期：2022-04-10

研究背景

水资源短缺已经成为当今的社会问题，尤其对于干旱地区，如何获取新鲜水资源成为亟待解决的问题。为此，研究者们尝试许多方法来获取水资源。比如，海水淡化、水收集等。与其他方式相比，水收集具有绿色无功耗的优点，近年来备受关注。线切割是一种高精密的加工技术，已经被用于润湿表面的制备，但未见其用于水收集表面的制备。生物经过长期的进化以适应自然环境，其表面独特的结构为仿生设计提供灵感。本文以瓶子草毛状体为仿生对象，通过线切割加工技术，在黄铜表面制备仿生水收集表面。

内容简介

许多具有分层微结构的生物表面表现出集雾能力。然而，目前的雾收集表面大部分由单一结构构成，而且分层结构大多通过逐步加工实现。此外，集雾器不可避免的在低温环境下工作。受瓶子草毛状体微结构的启发，本文制备了一系列分层滑槽表面，经过氟化和注油处理，样品表面表现出超滑性能。此外，我们评估了低温（0°C）条件下表面的雾收集能力。结果表明，分层沟槽表面比平面具有更好的集雾能力，油膜可以阻碍液滴与表面之间的热传递，从而防止液滴在表面冻结。因此，注油对于低温下雾收集能力至关重要。

该研究工作主要受到国家自然科学基金（U19A20103)）、中国博士后科学基金(2019M661184)资助。

图文导读

图1 样品表面的SEM图像

(a) 抛光表面；(b) 单一沟槽表面；(c) 分层沟槽表面；(d) 样品c的局部放大图像

图2 样品表面的三维形貌

(a) 抛光表面；(b) 单一沟槽表面；(c) 分层沟槽表面

图3 样品表面的元素含量

(a) 抛光表面；(b) 线切割表面；(c) 氟化表面

图4 液滴在样品表面的接触角

(a) 抛光表面；(b) 单一沟槽表面；(c) 分层沟槽表面

图5 不同样品表面的集水量（30 min）

（供稿：许金龙   审核：翟昌太）