水霧收集被認(rèn)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(diǎn)。高效的水霧收集裝置需要同時(shí)滿足對(duì)于隨機(jī)方向霧風(fēng)的全方位收集和低蒸發(fā)儲(chǔ)存兩個(gè)嚴(yán)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(gè)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(shí)現(xiàn)高效的水霧收集。
近日，西南科技大學(xué)李國強(qiáng)教授領(lǐng)導(dǎo)的微納仿生系統(tǒng)與智能化研究團(tuán)隊(duì)，受荷葉不對(duì)稱潤濕性引起的液體單向運(yùn)動(dòng)啟發(fā)，制備一種自旋式水霧收集器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)方式高效收集水霧，并能以較低的蒸發(fā)率持續(xù)存儲(chǔ)淡水。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的微孔尺寸，能夠?qū)⑹占侍岣?18%。同時(shí)，通過對(duì)水霧收集器周圍風(fēng)場(chǎng)探究，驗(yàn)證了在風(fēng)速為1 m/s的霧風(fēng)中，自旋式水霧收集器的收集效率相比于靜止?fàn)顟B(tài)能夠提高49%。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)一種用于實(shí)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(xué)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(qiáng)教授、朱建公教授。
受荷葉不對(duì)稱潤濕性啟發(fā)，基于非對(duì)稱潤濕性結(jié)構(gòu)的液體定向運(yùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)從全方向霧風(fēng)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(fēng)力驅(qū)動(dòng)下對(duì)隨機(jī)方向的霧風(fēng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)收集和低蒸發(fā)率的儲(chǔ)存。
小結(jié)
綜上所述，作者受多孔葉片液體單向運(yùn)動(dòng)的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種具有低蒸發(fā)儲(chǔ)存的自旋水霧收集器，用于對(duì)隨機(jī)方向霧風(fēng)，以風(fēng)力驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)裝置自旋運(yùn)動(dòng)以此實(shí)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(duì)集霧器周圍風(fēng)場(chǎng)以及轉(zhuǎn)速與霧風(fēng)風(fēng)速之間的關(guān)系進(jìn)行了理論模擬，進(jìn)一步支撐集霧實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有的水霧收集器提供了新的靈感。
