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受自然不对称润湿性的启发,开发一种具有“流体二极管”微孔阵列的自旋式水雾收集器-岩拓气凝胶

受自然不对称润湿性的启发,开发一种具有“流体二极管”微孔阵列的自旋式水雾收集器

西南科大李国强教授团队:受自然不对称润湿性的启发,开发一种具有“流体二极管”微孔阵列的自旋式水雾收集器

水雾收集被认为是解决水资源短缺的一种有效方法,如何提升水雾收集效率一直是研究热点。高效的水雾收集装置需要同时满足对于随机方向雾风的全方位收集和低蒸发储存两个严苛的条件。然而,目前制备的水雾收集器结构单一,只能朝向单个方向收集水雾并且无法克服开口式装置的高蒸发率,无法实现高效的水雾收集。

近日,西南科技大学李国强教授领导的微纳仿生系统与智能化研究团队,受荷叶不对称润湿性引起的液体单向运动启发,制备一种自旋式水雾收集器,实现风力驱动方式高效收集水雾,并能以较低的蒸发率持续存储淡水。经过优化设计的微孔尺寸,能够将收集效率提高418%。同时,通过对水雾收集器周围风场探究,验证了在风速为1 m/s的雾风中,自旋式水雾收集器的收集效率相比于静止状态能够提高49%。这项工作为设计一种用于实际环境的新型水雾收集器开辟了一条新途径,并能为提高现有水雾收集器的收集效率提供了一种新颖的优化策略。研究成果以题为“Self-pumping and scalable fog collector with diode-like micro-hole arrays inspired by natural asymmetric wettability”发布在国际著名期刊Applied Materials Today (JCR 1 区, IF: 8.352)上。

该论文第一作者为西南科技大学微纳仿生系统与智能化研究所硕士生周茂林,通讯作者为张亚斌教授、李国强教授、朱建公教授

西南科大李国强教授团队:受自然不对称润湿性的启发,开发一种具有“流体二极管”微孔阵列的自旋式水雾收集器

受荷叶不对称润湿性启发,基于非对称润湿性结构的液体定向运输原理,利用飞秒激光加工技术在铝片上建立“流体二极管”微孔阵列,实现了水雾收集功能。

西南科大李国强教授团队:受自然不对称润湿性的启发,开发一种具有“流体二极管”微孔阵列的自旋式水雾收集器

通过将具有“流体二极管”微孔阵列的铝片弯折形成的圆筒状水雾收集器,以实现从全方向雾风中稳定地收集淡水。

西南科大李国强教授团队:受自然不对称润湿性的启发,开发一种具有“流体二极管”微孔阵列的自旋式水雾收集器

具有“流体二极管”微孔阵列的自旋式水雾收集器在风力驱动下对随机方向的雾风实现动态收集和低蒸发率的储存。

小结

综上所述,作者受多孔叶片液体单向运动的启发,设计了一种具有低蒸发储存的自旋水雾收集器,用于对随机方向雾风,以风力驱动方式实现装置自旋运动以此实现高效的水雾收集。通过调整微孔尺寸,水雾收集装置的收集效率提高了418%。此外,利用ANSYS Fluent软件对集雾器周围风场以及转速与雾风风速之间的关系进行了理论模拟,进一步支撑集雾实验中收集效率49%提高的结果。所开发的仿生自旋水雾收集器为进一步优化现有的水雾收集器提供了新的灵感。

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