[发明专利]一种具有超疏-超亲水结构的自驱动集水表面及制备方法

说明书

一种具有超疏‑超亲水结构的自驱动集水表面及制备方法，属于水收集与超疏水表面技术领域。所述集水表面是在超疏水表面上分布有超亲水区域，超亲水区域为树叶叶脉状通道网络结构，该结构由不同级次的通道彼此联结而成。本发明采用了叶脉收集养分的原理设计出了叶脉状超亲水通道网络，可实现自驱动高集中度高效集水；所采用的工艺具有工艺简单，加工高效可控、微米结构参数精密可调，可进行大面积制备超亲水超疏水复杂图案等优势。本发明的集水方案不仅可以使集水设备真正大型化，在现有的基础上大大提高了集水效率，还可以应用到蒸馏、提盐、换热等多个领域，尤其是在需要精确控制冷凝水的水量和流动方向时，更是可以发挥出意想不到的效果。

技术领域

本发明涉及一种具有超疏-超亲水结构的自驱动集水表面及其制备方法，尤其涉及一种基于叶脉网状骨架结构和超疏水-超亲水功能的自驱动集水表面及其脉冲激光制备方法，属于水收集与超疏水表面技术领域。

背景技术

水是人类赖以生存的重要资源，地球上的水资源总量虽然很大，但可供人类利用的淡水资源却很少。水资源的不均匀分布使得有些地方对淡水资源的获取变得十分困难。在一些干旱的山区、沙漠地区，降雨量十分微少，地表水资源匮乏，人们往往缺乏有效途径来获取淡水资源。而在一些海岛和沿海地区，地表虽然水资源丰富，但是由于地表水多为咸水，并不能为人们直接利用。尽管上述地区降雨量稀少，但是空气中却存在着大量的水资源。例如，沙漠地区夜晚的湿度要大得多，而海岛和沿海地区则白天和夜晚的湿度都很大，如果可以从空气中获取水分将可以大大缓解这些地区的水资源匮乏问题。如果能设计一种高效集水方案，将可能对缓解全球水资源危机产生重大意义。

对于沙漠中生存的生物，水是最珍惜的资源，谁能得到水，谁就能适应沙漠的生存法则。甲壳虫和仙人掌等生物在严酷的生存竞争中进化出了优异的集水本领，甲壳虫可以其背部疏水、亲水相间的区域分布结构来收集水分，而仙人掌则可以利用其针状叶的独特结构来收集水分。受这两种生物集水结构的特性启发，人们开发了一些人造集水设施，如CN1872533A、CN104196085A、CN105755519A、CN107502875A、CN107700591A、CN206706898U和CN207003543U等专利采用类似于甲壳虫亲疏水区域表面做成了集水器，如CN205536966U、CN205475439U、CN102797279和CN104775476A等专利则采用了类似仙人掌刺的结构做成了集水器。但是，甲壳虫和仙人掌式的集水方案仅能收集十分有限的水量供其生存所用，将这两种策略照搬过来用于人造集水器却往往难以满足人类所需的水量。在运用甲壳虫结构收集水分时，收集到的水呈滴状，液滴会紧紧地粘附在其表面的亲水区域上，难以对这些液滴做进一步的收集；当有较大量的液滴存在于这些表面上时，会损害表面进一步集水的能力，同时会增加液滴的蒸发损失，这些都会从本质上限制这种结构的集水效率，也难以将这种结构应用到大型装置上。对于仙人掌式集水方案，其核心集水部分为针状物，针状物的表面积相对于平板结构来说很小，因而其工作表面也很小，也从本质上限制了其集水能力。此外，这种针状结构一旦将尺寸放大，其自驱动运输功能就会丧失，这也限制了这种结构无法应用到较大的装置中。因此，要有效地从空气中收集大量的水分，需要一个全新的思路来解决上述两种方案中所面临的困难。