[發明專利]一種基于錐形針陣列的空氣水分收集裝置及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611253113.8
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108265783B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 李衎;江雷;李軍
• 申請（專利權）人: 北京賽特超潤界面科技有限公司
• 主分類號: E03B3/28
• 分類號: E03B3/28
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;武玥

本發明公開了一種基于錐形針陣列的空氣水分收集裝置及其制備方法和應用，所述空氣水分收集裝置包括垂直排列于金屬片(1)一側表面上的錐形針陣列(2)；所述金屬片(1)的另一側表面與制冷片(3)的制冷面貼合；所述錐形針陣列(2)中的每一根錐形針的親水性表面呈交錯分布的棒狀結構，所述棒狀結構具有納米級直徑和微米級的長度。本發明成功解決了水膜對集水的影響，可以實現連續高效的冷凝集水。

技術領域

本發明屬于仿生技術領域，具體地，本發明涉及一種基于錐形針陣列的空氣水分收集裝置及其制備方法和應用。

背景技術

現有的集水技術，絕大多數都是從霧氣中收集水，但其實霧氣中本身就存在微小的水滴，現有技術只是將水滴捕獲，相對容易實現；而在多數干旱缺水的地區，是不會有霧氣存在的，這也嚴重制約了現有技術的應用，無法真正解決問題。而少數通過冷凝集水的技術，因為冷凝水會在材料表面形成水膜，水膜的存在會使傳熱效率急劇下降，尤其是在連續使用了一段時間(約半小時到一小時)之后，集水效率會越來越低。現有的集水技術因為水膜的存在，只能在高溫高濕度的環境下使用，而且必須是流通的濕潤空氣，無法真正使用到水資源匱乏的地區。因此，需要一種可連續高效的在水資源匱乏區域使用的空氣水分收集裝置。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于錐形針陣列的空氣水分收集裝置，該裝置引入了錐形結構驅動的概念，成功解決了水膜對集水的影響，可以實現連續高效的冷凝集水。

為達到上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種基于錐形針陣列的空氣水分收集裝置，所述空氣水分收集裝置包括垂直排列于金屬片1一側表面上的錐形針陣列2；

所述金屬片1的另一側表面與制冷片3的制冷面貼合；

所述錐形針陣列2中的每一根錐形針的親水性表面呈交錯分布的棒狀結構，所述棒狀結構具有納米級直徑和微米級的長度。

優選地，所述錐形針陣列2中錐形針的高度為10～30毫米。

本發明中，所述錐形針陣列2中錐形針的親水性表面的接觸角在0°到90°之間。

本發明中，所述每一根錐形針是銅絲經過梯度電化學腐蝕和表面親水化修飾得到。

優選地，所述金屬片為銅片。本領域技術人員還可以選擇其他金屬片，比如鐵片等。

本發明還提供了一種基于錐形針陣列的空氣水分收集裝置的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

1)將直徑0.5～1毫米的銅絲表面的絕緣層或氧化層用砂紙打磨掉，截取5～15厘米長度，清洗干凈；

2)在可勻速上下來回移動的平臺上，用燒杯裝滿0.05～0.15摩爾每升的硫酸銅水溶液，將步驟1)得到的銅絲豎直懸置于液面上，沒入液面1～5厘米，并用導線接入直流穩壓電源的正極；將接入直流穩壓電源負極的電極也放置于燒杯中；打開直流穩壓電源，并使平臺勻速上下來回移動，行程為10～30毫米，得到梯度電化學腐蝕的錐形針；

3)將步驟2)得到的梯度電化學腐蝕的錐形針，置于0.5～1.5摩爾每升氫氧化鈉和0.01～0.1摩爾每升過硫酸鈉的共同水溶液中7分鐘以上，得到表面親水化修飾的錐形針；

4)取若干根步驟3)得到的表面親水化修飾的錐形針，均截取前端10～30毫米的錐形部分，以陣列的方式排布垂直焊接在金屬片一側表面上，金屬片的另一側表面用導熱硅酯貼合于半導體制冷片的制冷面上，得到使用半導體制冷的基于錐形針陣列的空氣水分收集裝置。

本發明中，所述接入直流穩壓電源負極的電極為銅電極。

本發明還提供了上述的基于錐形針陣列的空氣水分收集裝置在空氣中收集水分的應用。