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文檔簡介

仿沙漠甲殼蟲表面的水收集性質研究現如今,全球的淡水資源極其匱乏,越來越滿足不了人類對水的正常需求。如何能夠高效環(huán)保地獲取淡水資源是個極大的難題。幸運的是,大自然給予了我們些許啟發(fā)。比如,生活在納米布沙漠上的甲殼蟲可以從干旱的沙漠中捕獲水汽,供給自身的水需求。本文首先闡述了自然界中能夠捕獲水的一些生物,然后輔以理論知識來更加深入討論了各種特殊潤濕性的表面,最后系統(tǒng)地介紹了現實生活中和實驗室中制備的一些水收集裝置或材料表面。在此基礎上,制備了幾種仿生納米布沙漠甲殼蟲的水收集表面,并研究其水收集的性質與功能。首先,通過刷涂和浸涂法,先后將環(huán)氧樹脂和混合粒子（銅粉與二氧化鈦粉）涂到銅片基底上,待樣品在室溫下自然干燥12h,再用0.05M的十八硫醇的正己烷溶液修飾。其中,混合粒子溶液按不同的銅粉和二氧化鈦摩爾濃度比配制,即0:1,1:1,2:1,3:1,4:1,5:1,6:1,9:1,12:1,1:0。因為十八硫醇可以修飾銅而不能修飾二氧化鈦,所以在復合表面上,銅充當疏水的物質,二氧化鈦充當親水的物質,形成了與納米布沙漠甲殼蟲模型相似的表面。在這些復合材料中,控制表面摩爾濃度比,表面的潤濕性和水收集效率呈現不同規(guī)律。實驗表明,隨著銅含量的增加,表面的水滴接觸角也不斷增大。而對于各表面的水汽收集速率,在原始摩爾濃度比為從1:1到9:1時,表面的水收集速率逐漸提升,但是當原始濃度比大于9:1時,表面水收集速率呈減小的趨勢。所以,當銅和二氧化鈦原始濃度比9:1時,表面有最大的水收集速率,高達1309.9mgh<sup>-1</sup>cm<sup>-2</sup>。即使重復試驗10次,該表面的水收集效率也沒有太大的變化。與此同時,該表面也具有良好的自清潔功能和機械穩(wěn)定性。所以,對于仿甲殼蟲表面中,并不是過多的疏水成分或者過多的親水成分才具有最優(yōu)異的水收集能力,要合理控制表面上親水和疏水物質比例才能獲得最高效率的水收集材料表面。然后,基于銅的堿氧化刻蝕方法,制備了一系列的功能性潤濕性銅網,即超親水表面,超疏水表面,超疏水和超親水相間的表面,這些可以分別應用于油水分離、自清潔、水汽收集之中。在超親水銅網上,輕油和水的混合物可以快速地分離出來。在超疏水銅網材料上,含有重油的混合物也可以高效快速地分離。并且,采用了一個簡單巧妙的方法,可以有序地實現輕油混合物和重油混合物的分離。同時,首次以超親水表面為基底,構建不同位置和數量的超疏水圖案,合成了水收集材料表面。實驗結果表明有兩個超疏水圓形圖案的超親水表面上的水汽收集效率是最好的,它的收集速率為1316.9mgh<sup>-1</sup>cm<

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