[发明专利]一种利用雕刻工艺进行高效集水的结构及其方法

说明书

本发明公开了一种利用雕刻工艺进行高效集水的结构及其方法，特点是包括不锈钢薄板，不锈钢薄板水平等间距设置有至少3条缝隙，不锈钢薄板纵向等间距设置有至少8条缝隙，上下相邻的缝隙交错设置，每个缝隙的中间正上方设置有水滴收集孔，水滴收集孔距离正下方缝隙的距离小于上下相邻的缝隙纵向间距，不锈钢薄板朝向雾气的一侧设置为疏水面且其另一侧设置有亲水面，纵向拉伸不锈钢薄板至各个缝隙完全张开，不锈钢薄板变形形成能够驱动其上液滴自发向水滴收集孔移动的水平简谐波结构，优点是具有集水效率高、结构简单、无需维护以及无需能耗。

技术领域

本发明涉及集水领域，尤其是涉及一种利用雕刻工艺进行高效集水的结构及其方法。

背景技术

随着全球人口的不断增加，淡水资源短缺已开始严重威胁人类社会的可持续发展，甚至全球三分之二的人口正面临着严重的缺水困境。相比于高能耗的海水淡化或高投入的引水工程，捕雾集水因不受地形与成本的限制而得到广泛关注，该过程主要包括水滴的成核与去除，为了提高成核速度，可通过表面微观结构的设计为液滴的生长提供大量成核位点。生长的液滴若不及时去除将会形成液膜，阻碍液滴的进一步凝结成核，降低集雾效率。因此提升液滴的运移效率成为了雾气收集的关键，一种提升方法是向多孔表面注入润滑剂获得光滑的液-液界面，有效抑制液滴的接触角滞后现象，减小摩擦阻力加快去除速度。但这不可避免地会让收集的液滴携带润滑剂，增加后续处理的困难。此外，还可以通过几何梯度与润湿梯度来克服摩擦阻力驱使液滴移动，依靠微纳米结构或化学性质来制备表面润湿梯度是最近研究的热点。而关于几何梯度在集雾中的应用，目前仅有纳米布沙漠甲虫代表的凹凸表面、仙人掌尖刺、松针、蜘蛛丝等所代表的锥形驱动结构以及进一步简化的楔形结构，这极大限制了液滴运移效率的提升。所以急需一种简单高效的集水方法与结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有集水效率高、结构简单、无需维护以及无需能耗的利用雕刻工艺进行高效集水的结构及其方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用雕刻工艺进行高效集水的结构，包括不锈钢薄板，所述的不锈钢薄板水平等间距设置有至少3条缝隙，所述的不锈钢薄板纵向等间距设置有至少8条缝隙，上下相邻的所述的缝隙交错设置，每个所述的缝隙的中间正上方设置有水滴收集孔，所述的水滴收集孔距离正下方所述的缝隙的距离小于上下相邻的所述的缝隙纵向间距，所述的不锈钢薄板朝向雾气的一侧设置为疏水面且其另一侧设置有亲水面，纵向拉伸所述的不锈钢薄板至各个所述的缝隙完全张开，所述的不锈钢薄板变形形成能够驱动其上液滴自发向所述的水滴收集孔移动的水平简谐波结构。

所述的不锈钢薄板的上下两端分别设置有用于夹持所述的不锈钢薄板的夹持器。

所述的缝隙的宽度为小于或等于6mm，左右相邻的所述的缝隙的横向间距为小于或等于2mm，上下相邻的所述的缝隙的纵向间距为小于或等于5mm，所述的水滴收集孔的半径为小于或等于0.1 mm。使得简谐波结构上的曲率梯度能足够驱动液滴克服阻力自发移动。

所述的不锈钢薄板的厚度为0.025 mm。

所述的缝隙通过雕刻技艺在金属薄板上切出。

上述利用雕刻工艺进行高效集水的结构进行高效集水的方法，包括以下步骤：

（1）将不锈钢薄板的疏水面朝向雾源方向，雾气在疏水面板上凝结成微小的水珠，用夹持器夹住不锈钢薄板，通过纵向拉伸不锈钢薄板使各个缝隙完全张开，不锈钢薄板变形形成水平简谐波结构，在不锈钢薄板自身曲率梯度驱动的作用下，水珠向波形板凹陷中心的水滴收集孔移动，并逐渐在移动过程中聚并变大，留下干燥的疏水表面进一步凝结水珠；

（2）当富集的水珠接触到不锈钢薄板凹陷中心的水滴收集孔时，由于不锈钢薄板的前面疏水，背面亲水，在表面润湿梯度驱动的作用下，富集的水珠脱离不锈钢薄板的疏水面移动到背部亲水面；

（3）最后富集的水珠在背面形成水膜，在重力的作用下向不锈钢薄板底部运动，并在不锈钢薄板底部聚集到一定程度后掉落，彻底脱离不锈钢薄板，实现自动集水。