[發(fā)明專(zhuān)利]一種多生物特征啟發(fā)的“霧水收集”復(fù)合雙面神膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010912431.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112090710B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇亞輝;陳亮;蘇楊洋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B05D5/00
• 分類(lèi)號(hào): B05D5/00;B05D7/14;B23K26/382;B23K26/352;B23K26/40;B21D33/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種多生物特征啟發(fā)的“霧水收集”復(fù)合雙面神膜及其制備方法，它涉及水收集領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決目前平面雙面神膜存在超疏水面霧氣冷凝效果較差；超親水面對(duì)水的粘附力較大，水滴不容易滴落以及無(wú)法捕獲平行方向的霧氣問(wèn)題。本發(fā)明受仙人掌刺的不對(duì)稱微觀幾何形狀和沙漠甲蟲(chóng)背部凸起和疏水/親水性交替微觀圖案的啟發(fā)，結(jié)合飛秒激光加工技術(shù)提出了一種具有液滴自吸式的分級(jí)親水/疏水/鼓包協(xié)同的雙面神膜(HHHBJ)。本發(fā)明制備的HHHBJ膜霧水收集效率比Janus膜效率更高，更能適應(yīng)惡劣的自然環(huán)境。本發(fā)明應(yīng)用于霧水收集領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水收集領(lǐng)域，具體涉及一種多生物特征啟發(fā)的“霧水收集”復(fù)合雙面神膜及其制備方法。

背景技術(shù)

淡水短缺危及數(shù)十億人的生存，近些年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始探討各種收集淡水的裝置。霧由懸浮在大氣中的大量細(xì)小水滴組成，占地球上所有淡水的近10％。因此，從空氣中收集霧水可能是獲取淡水的有希望的低成本和較低環(huán)境影響的選擇。根據(jù)以前的研究報(bào)告理想的霧水收集裝置主要跟以下幾個(gè)因素有關(guān)：1）水霧良好的冷凝能力2）水滴快速轉(zhuǎn)移3）水滴及時(shí)的去除能力4）防止已收集水的二次蒸發(fā)。

傳統(tǒng)水霧收集裝置主要受到自然界生物的啟發(fā)，如仙人掌(不對(duì)稱結(jié)構(gòu)和雙面神結(jié)構(gòu)，)、沙漠甲蟲(chóng)(親疏相間表面和鼓包結(jié)構(gòu)，)等；親疏相間的收集裝置霧氣冷凝效果好但是由于整個(gè)過(guò)程均在表面，難以避免水的二次蒸發(fā)。具有微孔的雙面神收集裝置水滴轉(zhuǎn)移速度較快但霧氣冷凝效果差并且超親水面的接觸角太小影響水的去除。單一的仿生結(jié)構(gòu)雖然有某一方面的優(yōu)勢(shì)但是往往不能同時(shí)滿足以上四個(gè)因素，水霧收集得效率較低。

張自洋，發(fā)表的《飛秒激光制備“霧水收集”復(fù)合雙面神膜的方法研究》一文中，采用鋁箔與PDMS(聚二甲基硅氧烷)復(fù)合材料作為加工對(duì)象，采用飛秒激光微納米加工技術(shù)對(duì)復(fù)合材料加工成疏水和親水層，得到雙面神膜，實(shí)現(xiàn)霧水收集。由于該文獻(xiàn)中給出的雙面神膜是基于鋁箔與PDMS復(fù)合材料制備而成，因此該雙面神膜存在以下問(wèn)題：1）由于鋁箔與PDMS存在材料間的差異，造成加工的錐形孔不規(guī)則，拉普拉斯壓力減弱影響水的傳輸速度2）鋁箔顆粒與PDMS顆粒會(huì)相互濺射，即鋁箔表面摻雜PDMS顆粒，PDMS表面摻雜有鋁箔顆粒，這樣會(huì)導(dǎo)致復(fù)合膜（Janus膜）只是普通的疏水到親水而不能實(shí)現(xiàn)超疏水到超親水，潤(rùn)濕性差異較小是影響水滴傳輸速度的重要因素。3）該雙面神膜上表面僅僅是疏水嚴(yán)重影響霧氣的冷凝，這也是影響霧水收集效率的重要因素。4）最主要的是，該雙面神膜不能攔截橫向經(jīng)過(guò)雙面神膜表面的霧氣，無(wú)法適應(yīng)惡劣的自然環(huán)境。

公開(kāi)號(hào)CN109626317A，發(fā)明名稱為：一種基于雙梯度錐形孔陣列的復(fù)合結(jié)構(gòu)膜及其制備方法，在鋁箔上采用激光打孔，然后用氟化處理最后再用激光掃描完全去除下表面氟化區(qū)域制備超疏水/超親水膜（Janus膜）。該方案無(wú)法攔截橫向經(jīng)過(guò)雙面神膜表面的霧氣，在超疏水面霧氣冷凝效果較差，并且超親水面對(duì)水的粘附力較大，水滴不容易滴落。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前平面雙面神膜存在超疏水面霧氣冷凝效果較差；超親水面對(duì)水的粘附力較大，水滴不容易滴落以及無(wú)法捕獲平行方向的霧氣問(wèn)題，而提供一種多生物特征啟發(fā)的“霧水收集”復(fù)合雙面神膜及其制備方法。

本發(fā)明的一種多生物特征啟發(fā)的“霧水收集”復(fù)合雙面神膜的制備方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的：

1）將鋁箔置于加工平臺(tái)上，采用飛秒激光對(duì)鋁箔進(jìn)行打孔制備超親水膜；

2）在加工平臺(tái)上原位用疏水噴劑修飾超親水膜制備超疏水膜；

3）采用飛秒激光進(jìn)行二次掃描，選擇性去除超疏水涂層露出超親水區(qū)域；

4）采用直徑2.5mm的玻璃球按壓出凸起結(jié)構(gòu)，即可制備出所述的多生物特征啟發(fā)的“霧水收集”復(fù)合雙面神膜；