西南科大仿生微納精密製造團隊:精密3D打印構建仿生麥芒分級系統用於高效霧水收集

           霧水收集對解決水資源短缺具有重要的意義,如何提升霧水收集效率一直是研究熱點。高效的霧水收集需要同時滿足高效捕捉和快速傳輸兩個嚴苛的條件。受大自然啟發,製備合適的仿生系統被認為是實現這兩個嚴苛條件的有效方法。然而,目前製備的仿生系統結構單一,精度較低,無法實現高效的霧水收集。
           近日,西南科技大學李國強教授領導的仿生微納精密製造團隊,受小麥麥芒啟發,利用PμSL3D打印技術(深圳摩方材料科技有限公司,nanoArch® S130)構造了仿生麥芒分級系統,實現了高效的霧水收集。經過優化設計的仿生麥芒霧水收集系統,表面分佈有眾多微型刺狀取向收集器,擴大了收集的有效面積,增強了霧滴捕捉效率,並突破傳統結構下滴狀傳輸的限制,實現了高速的膜狀傳輸,極大地提高傳輸速度和收集效率。該系統的水霧收集效率可達5.9g/cm2·h,有望應用於液滴傳輸、藥物運輸、細胞牽引、海水淡化等科學技術領域。

微米精密3D列印
圖1:自然麥芒結構特徵、霧水收集過程及仿生麥芒系統的製備過程。a.小麥麥芒捕捉潮濕空氣中的小水滴。b.麥芒逆重力超快霧滴輸運過程。ce. 自然麥芒的分級結構SEM表徵。f. PμSL 3D打印系統製備仿生麥芒分級系統的示意圖。
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圖2:自然麥芒與仿生麥芒的結構特徵及演變規律。ac.自然麥芒表面微刺、凹槽的結構特徵統計曲線圖。de.5種不同結構形式仿生系統示意圖。fg. 不同結構形式仿生系統的表徵。h.仿生麥芒隨微刺數目增加的結構演變示意圖。
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圖3:不同結構形式仿生麥芒的霧水收集過程。ae. 仿生脊柱(Ⅰ)、仿生凹槽(Ⅱ)、仿生麥芒體系(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)在水霧環境下逆重力的霧滴捕捉輸運過程。
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圖4:仿生麥芒的水霧收集作用機理。ac. 仿生脊柱(Ⅰ)、仿生凹槽(Ⅱ)、仿生麥芒體系(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)逆重力下的霧滴運輸距離、速度、體積的統計曲線圖。df. 仿生脊柱、仿生凹槽、仿生麥芒體系的霧水收集機理分析。

董亦淞 Ted

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