仿生高效集水器件的设计、制作与性能研究

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众所周知,水资源短缺问题日益严重,从雾流中收集水已成为缓解水资源短缺问题的一个有前途的策略。能高效集水的器件的设计与制作已引起人们的广泛关注和研究。一方面,受自然生物(如仙人掌、甲虫、蜘蛛丝等)的启发,人们采用物理或化学方法制备仿生集水器件。另一方面,具有特殊性质的功能结构(如Janus结构)也可以应用于集水领域。本文设计并制造了两种不同物理结构的高效集水器件,为设计出高效集水器件和大规模制造应用提供了新的思路。本文的工作内容与结果如下:(1)采用3D打印技术和紫外诱导控制扩散法,制备了仿甲壳虫亲疏相间特性与仙人掌锥阵列相结合的集水器件,并系统地研究了不同物理结构参数和亲疏胶质量比对集水性能的影响。结果表明,通过调控样品表面的混合浸润性和物理结构参数如锥间距和基底有孔与否,可以优化集水效率,使其提高109%。(2)我们创新性地引入热响应形变物理挤压行为,并把其与用简单的喷涂加预润湿法制作的Janus结构海绵内芯相结合设计出高效集水器件。该结构具有较好的可重复性,可在阴天潮湿天气进行捕水和储水,在晴天炎热天气进行放水,具有较高的实际应用价值。
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