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仿松针黄铜锥体表面自驱定向雾收集性能

中国表面工程 2021年第5期34卷 155-160页

作者：弯艳玲张彩云崔普于化东长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点试验室长春130022

从自然界获取灵感,模仿生物体表结构制备人工集水装置对缓解水资源短缺具有重要意义,具有广阔的应用前景。松针表面上具有自主从雾中收集液滴的特性,受此启发通过模仿松针表面的微/纳米结构,制备一种可以实现雾气定向收集且制备方法简... 详细信息

从自然界获取灵感,模仿生物体表结构制备人工集水装置对缓解水资源短缺具有重要意义,具有广阔的应用前景。松针表面上具有自主从雾中收集液滴的特性,受此启发通过模仿松针表面的微/纳米结构,制备一种可以实现雾气定向收集且制备方法简单的功能表面。在经过微精细加工的黄铜锥体的表面上,利用纳秒激光器加工出放射状微米级沟槽和纳米级熔融结构,在锥体表面上实现微-纳米结构的复合。通过改变激光加工的功率,实现对雾气捕获效率的调控。结果表明,加工出的仿松针黄铜锥体表面上拉普拉斯压力呈主导作用,使得在圆锥尖端的液滴可以发生定向迁移。这种仿松针黄铜锥体结构可以在不使用任何表面化学修饰情况下,实现简易制备、无须借助外力的液滴定向收集,在雾水收集等方向具有良好的应用前景。

关键词：激光制造雾收集自驱移动仿生

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仿生液体灌注框架的制备及其雾收集性能研究

仿生液体灌注框架的制备及其雾收集性能研究

作者：岳豪湖北大学

学位级别：硕士

随着仿生学以及超润湿表面技术的发展,人们致力于研究并制备不同的仿生结构去探索有效的雾收集策略用于缓解当今世界所面临的水资源短缺问题。基于此,本文介绍了具备不同特殊润湿性结构的自然生物,探究自然界中生物捕雾的基本原理。并... 详细信息

随着仿生学以及超润湿表面技术的发展,人们致力于研究并制备不同的仿生结构去探索有效的雾收集策略用于缓解当今世界所面临的水资源短缺问题。基于此,本文介绍了具备不同特殊润湿性结构的自然生物,探究自然界中生物捕雾的基本原理。并且从表面润湿性理论出发,分析近年来仿生雾收集结构的发展,目的是为了探讨如何简易高效制备具有现实意义的雾收集结构。工作涵盖了不同基底选择和微观形貌的构筑、成分和理论分析以及性能测试等。主要工作内容如下:(1)采用两步电化学反应、退火、低表面能处理以及注油后,得到了以不锈钢网为基底的超滑移框架。得益于所制备的超滑移框架多孔网格体系和表面富集的微/纳米线与润滑剂层的毛细作用,赋予了结构优异的润滑剂保持能力。经过一系列的稳定性测试后,液体灌注框架表现出极佳的抗高温循环、抗酸碱、抗剪切、抗腐蚀和抗溶液等性质。结果表明,所制备的框架具有突出的集水性能,和原始样品相比,提高了79.3%,为液体灌注的超滑移结构的雾收集应用提供了新的思路,为缓解水资源短缺现状添砖加瓦。(2)通过原位反应在多孔的泡沫铜金属丝壁上生长十四酸铜花状团簇,实现了简易快速的制备具有稳定性的超疏水涂层,注入润滑剂后,获得液体灌注三维超疏水框架。框架上富集的十四酸铜微/纳米花状团簇,赋予了材料优异的润滑油保持和吸收能力。润滑剂层的存在大幅提高结构在集雾时对雾滴的捕获能力,加速水滴的凝聚,促进水滴的脱落。此外,还展现出优异的防污性能和抗结冰能力。此工作简化了制备工艺,反应条件易满足。所制备的液体灌注框架具有优异的集雾性能,和原始样品相比,提高了98.7%,并且拥有大量制备的潜力。为高效快速的制备液体灌注雾收集结构提供了新的思路。

关键词：雾收集液体灌注表面超润湿

用于雾收集的仿生特殊润湿性材料的设计与制备

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用于雾收集的仿生特殊润湿性材料的设计与制备

作者：梅国滢湖北大学

学位级别：硕士

由于人口的快速增长,浪费,持续的环境污染以及极端气候,淡水短缺已经成了制约人类发展的重大问题,研究人员为获取洁净水资源做出了诸多尝试。在自然界中,一些生物能在极端干旱的条件下生存了下来,因为这些生物进化出了优化的身体结构和... 详细信息

由于人口的快速增长,浪费,持续的环境污染以及极端气候,淡水短缺已经成了制约人类发展的重大问题,研究人员为获取洁净水资源做出了诸多尝试。在自然界中,一些生物能在极端干旱的条件下生存了下来,因为这些生物进化出了优化的身体结构和具有特殊润湿性的表面,使其能够从雾中收集淡水。例如,沙漠甲虫鞘翅上分布着疏水性沟壑和亲水性凸起,亲水凸起将快速捕获并凝结水滴,收集到的水滴又能通过疏水性的沟壑快速转移到其口部。受到沙漠甲虫的启发研究人员制备了仿生集雾材料,获得了优异的集雾效率,为解决淡水资源短缺的问题提出了十分具有潜力的方案。阅读了大量参考文献后,本文从仿生集雾材料的设计以及材料的创新制备方法出发,制备了具有阵列亲水凸起的超疏水材料和带凸起的亲疏水图案化材料。文中的主要研究内容和研究成果分为以下两个部分:(1)铜片在过硫酸铵与氢氧化钠的混合液中氧化后表面获得纳米尺度的针状结构,以十八硫醇为修饰剂制备出超疏水性良好的表面,接下来利用激光刻蚀去除表面的超疏水层,成功制备带亲水图案的超疏水表面。将带有亲水图案的超疏水表面浸泡硫酸铜的电镀液中作为阴极进行电镀,经过铜的选择性沉积,超疏水表面生长出规则整列的微小凸起。雾收集实验数据显示,带阵列微亲水凸起的超疏水样品具有高效的水雾收集能力。同时,探究了超疏水涂层在选择性电化学沉积中的应用前景。(2)首先,使用实验室3D打印机自制的模具将纯锌片压成带有规则阵列凸起的样品,之后样品浸泡在碳酸氢钠溶液中进行阳极氧化,样品表面生长出纳米尺度的微观结构,以聚二甲基硅氧烷为修饰剂从而获得超疏水样品。将超疏水样品放置在实验室3D打印机自制的掩膜下方,激光透过掩膜上的中空图案扫到样品表面,制得了带凸起的亲疏水图案化材料。经过雾收集实验数据对比,该材料的设计方案有效的提高了收集效率。另外,该材料具有优异的热稳定性,机械稳定性和酸碱稳定性,使得该样品能够在恶劣的工况下稳定工作。

关键词：特殊润湿性仿生材料稳定性雾收集

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超疏水棉织物制备及其雾收集性能

西安工程大学学报 2024年第3期38卷 1-7页

作者：王煦漫卢俊龙张彩宁柴柏龙赵倩倩马志豪黄静寰西安工程大学材料工程学院陕西西安710048

为解决水资源短缺问题,以六水合硝酸钴、尿素、氟化铵为原料,通过水热法在棉织物上生长出碱式碳酸钴纳米棒,经硬脂酸表面处理后制备超疏水棉织物。采用XRD、FT-IR及SEM对该棉织物进行表征,研究棉织物种类、收集距离和雾流量等对超疏水... 详细信息

为解决水资源短缺问题,以六水合硝酸钴、尿素、氟化铵为原料,通过水热法在棉织物上生长出碱式碳酸钴纳米棒,经硬脂酸表面处理后制备超疏水棉织物。采用XRD、FT-IR及SEM对该棉织物进行表征,研究棉织物种类、收集距离和雾流量等对超疏水棉织物雾收集性能的影响,同时考察了该织物的雾收集持久性和自清洁性能。实验结果显示,超疏水棉织物具有最佳的雾收集性能,可达1 006.85 mg/(cm^(2)·h);雾收集性能随收集距离减小和雾流量增大而增加,当收集距离和雾流量分别为3 cm和237 mL/h时,集雾效率高达1 514.65 mg/(cm^(2)·h)。此外,超疏水棉织物还具有良好的雾收集持久性和自清洁性能。

关键词：超疏水棉织物雾收集雾流量碱式碳酸钴

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表面Janus图案结构的单向导水集雾性能

化工进展 2024年第9期43卷 5133-5141页

作者：李颖王其召白波张茜孙文静张琳璇长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室陕西西安710054 水利部旱区生态水文与水安全重点实验室陕西西安710054 长安大学水利与环境学院陕西西安710054 长安大学人文学院陕西西安710054

受沙漠甲虫启发,本文引入单宁酸金属络合物(TA-Fe^(3+))和聚二甲基硅氧烷(PDMS)对无纺布(NFc)进行润湿性改性。通过浸渍喷涂法制备了表面图案化单宁酸-铁离子/聚二甲基硅氧烷Janus无纺布(p-TA-Fe^(3+)/PDMS Janus NFc),利用扫描电子显微... 详细信息

受沙漠甲虫启发,本文引入单宁酸金属络合物(TA-Fe^(3+))和聚二甲基硅氧烷(PDMS)对无纺布(NFc)进行润湿性改性。通过浸渍喷涂法制备了表面图案化单宁酸-铁离子/聚二甲基硅氧烷Janus无纺布(p-TA-Fe^(3+)/PDMS Janus NFc),利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等研究了其微观结构,并搭建水雾收集器测试其雾收集性能,进一步考察表面单向水传输性能,探讨集雾行为机制。结果表明,p-Janus NFc具有甲虫状图案化表面和不对称润湿性Janus结构,亲-疏交替的润湿表面和Janus结构产生的协同效应使其表现出良好的单向水传输性能和优异的水雾收集能力。在3.0h集雾实验中,p-Janus NFc集水率可高达193.31mg/(cm^(2)·h),为相应超亲水材料的约16倍。这种生物启发性Janus无纺布材料为构建环保高效的集雾系统、缓解干旱半干旱地区水资源短缺现状提供了一条有力途径。

关键词： Janus结构表面单向水传输雾收集

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超疏水不锈钢网的制备及其雾水收集性能研究

现代化工 2020年第11期40卷 92-97页

作者：李锐王立达孙文舒向泉贺永鹏刘贵昌大连理工大学化工学院辽宁大连116024 山东京博石油化工有限公司山东滨州256500

通过在不锈钢网上包覆沸石涂层并用氟硅烷改性制备出稳固的超疏水网格,并考察其雾水收集性能。水热反应时间为24 h时,水滴在改性后的不锈钢网上的接触角最大为155°,达到超疏水效果,且对水滴的粘附力低。雾水收集实验结果表明,与未处理... 详细信息

通过在不锈钢网上包覆沸石涂层并用氟硅烷改性制备出稳固的超疏水网格,并考察其雾水收集性能。水热反应时间为24 h时,水滴在改性后的不锈钢网上的接触角最大为155°,达到超疏水效果,且对水滴的粘附力低。雾水收集实验结果表明,与未处理的不锈钢网相比,超疏水网格的收集速率最大提升93%。此外超疏水网格具有良好的稳定性,分别在1 mol/L HCl、1 mol/L Na OH和3.5%Na Cl溶液中浸泡48 h后,网格仍然表现出良好的疏水与雾水收集效果;在2 000目砂纸上经60个磨损循环后,接触角仍能达到145°,雾水收集性能优异。

关键词：超疏水沸石雾收集收集速率稳定性

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电纺制备多尺度纤维及其液体输运性能研究

电纺制备多尺度纤维及其液体输运性能研究

作者：高蕾浙江理工大学

学位级别：硕士

液体输运,包括液体分离、雾收集、液体微流控和人体组织液输运等,对人类的生产生活具有重要意义。然而要实现良好的定向输运以及分析多尺度结构与输运性能之间的构效关系仍存在一些挑战,现有的Janus膜材料存在易分层且制备过程相对复杂... 详细信息

液体输运,包括液体分离、雾收集、液体微流控和人体组织液输运等,对人类的生产生活具有重要意义。然而要实现良好的定向输运以及分析多尺度结构与输运性能之间的构效关系仍存在一些挑战,现有的Janus膜材料存在易分层且制备过程相对复杂等问题。基于此,本文采用静电纺丝技术以及简单的机械加捻方法,制备了不同组分和尺度的纤维集合体,并对其性能进行了系统的研究,具体研究结果如下:1、通过静电纺丝技术和简单的机械加捻技术制备了九种纤维结合体,研究发现PAN//PU复合多尺度螺旋纤维可以在6 s内有效地分离油水混合液。复合多尺度螺旋纤维具有特殊的周期性交替梯度界面,在垂直方向和水平方向产生的润湿梯度结合其独特的曲面结构和加捻的扭转不仅使复合多尺度螺旋纤维可用于油水混合液分离,还为微流体门控提供了新的思路与方法。2、通过静电纺丝技术和机械加捻技术制备了不同复合方式、不同组分比例的PAN和PU复合纤维集合体。复合方式包括对喷复合、Janus复合以及左右放置复合,此外PAN和PU的比例分别为2:1,1:1,1:2,1:3。结果表明PAN:PU比例为1:2的纳米纤维膜所制备的Janus复合多尺度螺旋纤维可在2 s内完全分离油水混合液,并且具有98%分离效率和可循环利用性。3、通过静电纺丝技术结合机械加捻制备了16 wt%PVDF-HFP纳米纤维纱线、双股复捻纱线和多尺度螺旋纤维,并探索了这三种纤维集合体在雾收集领域的应用以及对其机理进行了分析。结果表明双股复捻纱线具有较好的雾收集性能以及可编织性,且单根纱线可在10 min中内收集1.3724 g水,循环使用20次依旧具有较好的雾收集能力。

关键词：静电纺丝多尺度螺旋纤维液体输运液体分离雾收集

定向输水Janus织物基集水帆结构成形与表征

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纺织工程学报 2024年第1期2卷 1-11页

作者：杜赵群陈韦韦上海市现代纺织前沿科学研究基地东华大学纺织学院上海201620

为解决部分地区淡水资源供应不足的问题,受自然界集水生物启发,研究了一款具有定向水运输功能的Janus集水帆,并对其结构与性能进行了表征;采用集雾装置对所制备的Janus织物进行集雾和相关性能稳定性测试,探讨了Janus织物制备参数中的具... 详细信息

为解决部分地区淡水资源供应不足的问题,受自然界集水生物启发,研究了一款具有定向水运输功能的Janus集水帆,并对其结构与性能进行了表征;采用集雾装置对所制备的Janus织物进行集雾和相关性能稳定性测试,探讨了Janus织物制备参数中的具有疏水功能的氟碳化合物共聚物处理时间、高锰酸钾氧化时间、亲水整理液质量浓度和SiO2质量分数对集水效果的影响。结果表明:采用漂浮法所制备的Janus织物耐摩擦和耐水洗性能良好,具有单向导湿性,能够使采集到的雾滴加速从织物疏水侧向亲水侧转移,从而使暴露于雾源的疏水侧保持新鲜干燥,并收集到更多雾滴。当氟碳化合物共聚物处理时间为20 min,高锰酸钾氧化时间为2 h,聚醚改性硅油(亲水作用)质量浓度为80 g/L,亲水整理液中SiO2质量分数为0.8%时,Janus织物2 h内集水量最大,为1240 g/m^(2)。

关键词：浸润性棉织物 Janus 纳米二氧化硅雾收集