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精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集

雾水收集对解决水资源短缺具有重要的意义,如何提升雾水收集效率一直是研究热点。高效的雾水收集需要同时满足高效捕捉和快速传输两个严苛的条件。受大自然启发,制备合适的仿生系统被认为是实现这两个严苛条件的有效方法。然而,目前制备的仿生系统结构单一,精度较低,无法实现高效的雾水收集。

近日,西南科技大学李国强教授领导的仿生微纳精密制造团队,受小麦麦芒启发,利用PμSL3D打印技术(深圳摩方材料科技有限公司,nanoArch S130)构造了仿生麦芒分级系统,实现了高效的雾水收集。经过优化设计的仿生麦芒雾水收集系统,表面分布有众多微型刺状取向收集器,扩大了收集的有效面积,增强了雾滴捕捉效率,并突破传统结构下滴状传输的限制,实现了高速的膜状传输,极大地提高传输速度和收集效率。该系统的水雾收集效率可达5.9g/cm2·h,有望应用于液滴传输、药物运输、细胞牵引、海水淡化等科学技术领域。

图1 自然麦芒结构特征、雾水收集过程及仿生麦芒系统的制备过程。a.小麦麦芒捕捉潮湿空气中的小水滴。b.麦芒逆重力超快雾滴输运过程。c-e. 自然麦芒的分级结构SEM表征。f. PμSL 3D打印系统制备仿生麦芒分级系统的示意图。

图2 自然麦芒与仿生麦芒的结构特征及演变规律。a-c.自然麦芒表面微刺、凹槽的结构特征统计曲线图。d-e.5种不同结构形式仿生系统示意图。f-g. 不同结构形式仿生系统的表征。h.仿生麦芒随微刺数目增加的结构演变示意图。

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