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微工程光滑粗糙表面 用于从空气中收集水

2019-03-25 13:26:54来源:

根据宾夕法尼亚州立大学和德克萨斯大学达拉斯分校的一组研究人员的说法,受水稻植物和水稻叶子启发的光滑粗糙表面(SRS)在集水应用中的表现优于最先进的液体排斥表面。

“至少在一年中的某些时候,估计有40亿人生活在水资源短缺的情况下,从水蒸气或空气中的雾滴中收集水的廉价方法可能具有巨大的实际应用,并将有助于减轻水的负担。世界许多地区的稀缺问题,“该项目负责人,Tak-Sing Wong说,他是工程师Wormley家庭早期职业教授和宾夕法尼亚州机械工程助理教授。

许多集水技术效率不高,因为当水被吸引到亲水表面时,水往往会形成片状物并附着在表面上,使其难以去除。但Wong的博士后学者Simon Dai现在是UT达拉斯的助理教授,他正在研究将不同的生物学策略结合起来,为水收集创造一个滑溜的解决方案。

“通过SRS,我们将投手植物的光滑界面与稻叶的表面结构相结合,其表面上有微/纳米级定向凹槽,可以很容易地在一个方向上去除水,而不是另一个方向,”戴。

戴开发了一种具有亲水化学作用的猪草植物风格光滑表面。与此同时,他添加了定向凹槽,并为新表面提供了微观粗糙度,增加了表面积。水和雾的收获速率与液滴可以形成的表面积的量成正比。米叶风格的凹槽通过毛细作用或重力将水滴带走。

通过在宾夕法尼亚州立大学进行的实验,该团队表明,这些表面可以以比许多最先进的表面更快的速度从空气中收集微小的水滴。Dai的同事Steven Nielson在UT达拉斯进行的分子动力学模拟解释了为什么亲水表面特别适合采水。

“如果SRS材料是按比例生产的,我们估计每天每平方米表面可以收集120升水,我们可以通过优化SRS来进一步提高集水率,”Nan Sun说,毕业生黄氏小组的学生和论文的合着者,题为“用于水收集的亲水定向粗糙表面”。

Wong的团队目前正致力于优化和扩大SRS,目标是创建高效的集水系统,为缺水地区提供洁净水。

宾夕法尼亚州立大学的其他项目是研究生Birgitt Boschitsch Stogin和Jing Wang; 他是黄实验室的博士后学者,现任浙江大学教授。研究人员已为此项工作提交了美国临时专利。