仿生集水表面的研究进展及应用

淡水资源紧缺是当今全球面临的严峻挑战,随着全球人口增长和气候变化的影响,人类面临着日益严重的水资源短缺问题。近年的研究结果显示,通过仿生手段从大气中获取水资源,是一种备受关注的可行方法,仿生集水技术应运而生。仿生集水技术具有广泛的应用潜力,在大气水收集、海水淡化、工业废水回收和微流控等多个领域具备较好的应用前景。综述了近年来仿生集水技术的发展现状、制备工艺、集水原理和应用前景,总结了基于新型生物学水收集原理的仿生材料/结构/表面处理方法和应用研究现状,分析了仿生集水技术当前面临的问题,包括非均匀润湿集水表面相关理论的深入研究、集水表面耐久性提高及高效低成本制备工艺的开发等,未来的研究方向可集中在提高仿生材料集水性能的可持续性和制备成本的降低等方面,以推动该技术的商业化推广和规模化应用。通过持续的研究和创新,有望看到更多高效、经济的仿生集水技术出现,为人类面临的水资源短缺挑战提供有效的解决方案。

仿生集水纤维研究进展及应用

淡水资源短缺是全球共同面临的严峻挑战。相关研究发现,模仿蜘蛛丝等生物结构从空气中收集水分,是缓解当前水资源危机的有效途径,已成为仿生集水领域的研究焦点。本文从基础润湿理论、液滴定向传输机理、定向集水机制、仿生纤维设计特点及制备方法等方面进行了综述,重点介绍了Young’s方程、Wenzel模型以及Cassie-Baxter模型等基础润湿理论。将纤维集水过程划分为冷凝结露、定向运输和液滴脱附3个阶段,并深入阐述了蜘蛛丝集水过程的内在机制,包括拉普拉斯压力梯度、表面能梯度、滞后效应和液滴悬挂能力。分析了影响集水效率的关键因素,并列举了提升纤维集水效率的常用策略。归纳了仿生纤维结构的主要仿生对象、仿生原理以及所采用的主要制备技术,并对不同技术的优缺点及适用场景进行了详细分析。最后,对不同仿生纤维网状集水器的集水特点和集水效率进行了比较,分析了仿生纤维集水技术在大气水收集、海水淡化、工业蒸气回收以及油水分离等领域的应用潜力,并对该技术的未来发展方向及现有不足提出了改进意见和展望。

超双疏表面的制备及应用进展

自然界中的超疏水/超疏油现象吸引了表界面科学、微纳制造及纳米涂层等多学科领域研究者的广泛关注,在人们的生产生活中展现出了巨大的应用前景。本文聚焦于具有微纳粗糙结构的超双疏表面发展现状,从基本润湿性理论出发,介绍了超双疏表面微观粗糙结构的主要类型和降低表面能的原理,探讨了表面微观粗糙结构和化学改性与润湿性之间的关系,并归纳了制备超双疏表面的主要方法。最后,总结了超双疏表面的主要应用现状,分析了超双疏表面目前存在的不足和缺陷,并对其未来的发展方向进行了展望。