[发明专利]一种多生物特征启发的“雾水收集”复合双面神膜及其制备方法

说明书

一种多生物特征启发的“雾水收集”复合双面神膜及其制备方法，它涉及水收集领域。本发明的目的是为了解决目前平面双面神膜存在超疏水面雾气冷凝效果较差；超亲水面对水的粘附力较大，水滴不容易滴落以及无法捕获平行方向的雾气问题。本发明受仙人掌刺的不对称微观几何形状和沙漠甲虫背部凸起和疏水/亲水性交替微观图案的启发，结合飞秒激光加工技术提出了一种具有液滴自吸式的分级亲水/疏水/鼓包协同的双面神膜(HHHBJ)。本发明制备的HHHBJ膜雾水收集效率比Janus膜效率更高，更能适应恶劣的自然环境。本发明应用于雾水收集领域。

技术领域

本发明涉及水收集领域，具体涉及一种多生物特征启发的“雾水收集”复合双面神膜及其制备方法。

背景技术

淡水短缺危及数十亿人的生存，近些年来随着科学技术的发展，人们开始探讨各种收集淡水的装置。雾由悬浮在大气中的大量细小水滴组成，占地球上所有淡水的近10％。因此，从空气中收集雾水可能是获取淡水的有希望的低成本和较低环境影响的选择。根据以前的研究报告理想的雾水收集装置主要跟以下几个因素有关：1）水雾良好的冷凝能力2）水滴快速转移3）水滴及时的去除能力4）防止已收集水的二次蒸发。

传统水雾收集装置主要受到自然界生物的启发，如仙人掌(不对称结构和双面神结构，)、沙漠甲虫(亲疏相间表面和鼓包结构，)等；亲疏相间的收集装置雾气冷凝效果好但是由于整个过程均在表面，难以避免水的二次蒸发。具有微孔的双面神收集装置水滴转移速度较快但雾气冷凝效果差并且超亲水面的接触角太小影响水的去除。单一的仿生结构虽然有某一方面的优势但是往往不能同时满足以上四个因素，水雾收集得效率较低。

张自洋，发表的《飞秒激光制备“雾水收集”复合双面神膜的方法研究》一文中，采用铝箔与PDMS(聚二甲基硅氧烷)复合材料作为加工对象，采用飞秒激光微纳米加工技术对复合材料加工成疏水和亲水层，得到双面神膜，实现雾水收集。由于该文献中给出的双面神膜是基于铝箔与PDMS复合材料制备而成，因此该双面神膜存在以下问题：1）由于铝箔与PDMS存在材料间的差异，造成加工的锥形孔不规则，拉普拉斯压力减弱影响水的传输速度2）铝箔颗粒与PDMS颗粒会相互溅射，即铝箔表面掺杂PDMS颗粒，PDMS表面掺杂有铝箔颗粒，这样会导致复合膜（Janus膜）只是普通的疏水到亲水而不能实现超疏水到超亲水，润湿性差异较小是影响水滴传输速度的重要因素。3）该双面神膜上表面仅仅是疏水严重影响雾气的冷凝，这也是影响雾水收集效率的重要因素。4）最主要的是，该双面神膜不能拦截横向经过双面神膜表面的雾气，无法适应恶劣的自然环境。

公开号CN109626317A，发明名称为：一种基于双梯度锥形孔阵列的复合结构膜及其制备方法，在铝箔上采用激光打孔，然后用氟化处理最后再用激光扫描完全去除下表面氟化区域制备超疏水/超亲水膜（Janus膜）。该方案无法拦截横向经过双面神膜表面的雾气，在超疏水面雾气冷凝效果较差，并且超亲水面对水的粘附力较大，水滴不容易滴落。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前平面双面神膜存在超疏水面雾气冷凝效果较差；超亲水面对水的粘附力较大，水滴不容易滴落以及无法捕获平行方向的雾气问题，而提供一种多生物特征启发的“雾水收集”复合双面神膜及其制备方法。

本发明的一种多生物特征启发的“雾水收集”复合双面神膜的制备方法，它是按照以下步骤进行的：

1）将铝箔置于加工平台上，采用飞秒激光对铝箔进行打孔制备超亲水膜；

2）在加工平台上原位用疏水喷剂修饰超亲水膜制备超疏水膜；

3）采用飞秒激光进行二次扫描，选择性去除超疏水涂层露出超亲水区域；

4）采用直径2.5mm的玻璃球按压出凸起结构，即可制备出所述的多生物特征启发的“雾水收集”复合双面神膜；