水霧收集被認為是解決水資源短缺的一種有效方法，如何提升水霧收集效率一直是研究熱點。高效的水霧收集裝置需要同時滿足對于隨機方向霧風的全方位收集和低蒸發(fā)儲存兩個嚴苛的條件。然而，目前制備的水霧收集器結(jié)構(gòu)單一，只能朝向單個方向收集水霧并且無法克服開口式裝置的高蒸發(fā)率，無法實現(xiàn)高效的水霧收集。
近日，西南科技大學李國強教授領(lǐng)導(dǎo)的微納仿生系統(tǒng)與智能化研究團隊，受荷葉不對稱潤濕性引起的液體單向運動啟發(fā)，制備一種自旋式水霧收集器，實現(xiàn)風力驅(qū)動方式高效收集水霧，并能以較低的蒸發(fā)率持續(xù)存儲淡水。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的微孔尺寸，能夠?qū)⑹占侍岣?18%。同時，通過對水霧收集器周圍風場探究，驗證了在風速為1 m/s的霧風中，自旋式水霧收集器的收集效率相比于靜止狀態(tài)能夠提高49%。這項工作為設(shè)計一種用于實際環(huán)境的新型水霧收集器開辟了一條新途徑，并能為提高現(xiàn)有水霧收集器的收集效率提供了一種新穎的優(yōu)化策略。研究成果以題為“Self-pumping and scalable fog collector with diode-like micro-hole arrays inspired by natural asymmetric wettability”發(fā)布在國際著名期刊Applied Materials Today (JCR 1 區(qū), IF: 8.352)上。
該論文第一作者為西南科技大學微納仿生系統(tǒng)與智能化研究所碩士生周茂林，通訊作者為張亞斌教授、李國強教授、朱建公教授。
受荷葉不對稱潤濕性啟發(fā)，基于非對稱潤濕性結(jié)構(gòu)的液體定向運輸原理，利用飛秒激光加工技術(shù)在鋁片上建立“流體二極管”微孔陣列，實現(xiàn)了水霧收集功能。
通過將具有“流體二極管”微孔陣列的鋁片彎折形成的圓筒狀水霧收集器，以實現(xiàn)從全方向霧風中穩(wěn)定地收集淡水。
具有“流體二極管”微孔陣列的自旋式水霧收集器在風力驅(qū)動下對隨機方向的霧風實現(xiàn)動態(tài)收集和低蒸發(fā)率的儲存。
小結(jié)
綜上所述，作者受多孔葉片液體單向運動的啟發(fā)，設(shè)計了一種具有低蒸發(fā)儲存的自旋水霧收集器，用于對隨機方向霧風，以風力驅(qū)動方式實現(xiàn)裝置自旋運動以此實現(xiàn)高效的水霧收集。通過調(diào)整微孔尺寸，水霧收集裝置的收集效率提高了418%。此外，利用ANSYS Fluent軟件對集霧器周圍風場以及轉(zhuǎn)速與霧風風速之間的關(guān)系進行了理論模擬，進一步支撐集霧實驗中收集效率49%提高的結(jié)果。所開發(fā)的仿生自旋水霧收集器為進一步優(yōu)化現(xiàn)有的水霧收集器提供了新的靈感。
