西(xi)南科(ke)大：精(jing)密(mi)3D打印構(gou)建(jian)仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)分(fen)級系統(tong)用於(yu)高(gao)效(xiao)霧(wu)水收(shou)集(ji)

霧(wu)水收(shou)集(ji)對解(jie)決水(shui)資(zi)源(yuan)短(duan)缺(que)具有重要(yao)的(de)意(yi)義(yi)，如何(he)提(ti)升(sheng)霧(wu)水收(shou)集(ji)效(xiao)率壹(yi)直(zhi)是(shi)研(yan)究熱(re)點(dian)。高效(xiao)的(de)霧(wu)水收(shou)集(ji)需要同時滿(man)足(zu)高效(xiao)捕捉和快(kuai)速(su)傳(chuan)輸(shu)兩個嚴苛(ke)的(de)條(tiao)件。受(shou)大自(zi)然(ran)啟發(fa)，制(zhi)備(bei)合適的(de)仿生(sheng)系(xi)統(tong)被認為是(shi)實現(xian)這(zhe)兩個嚴苛(ke)條(tiao)件的(de)有效(xiao)方法(fa)。然(ran)而(er)，目前制(zhi)備(bei)的(de)仿生(sheng)系(xi)統(tong)結構(gou)單壹(yi)，精(jing)度較低，無(wu)法(fa)實現(xian)高(gao)效(xiao)的(de)霧(wu)水收(shou)集(ji)。

近(jin)日，西(xi)南科(ke)技大學(xue)李(li)國強(qiang)教授(shou)領導的(de)仿生(sheng)微(wei)納(na)精密(mi)制(zhi)造團隊(dui)，受(shou)小(xiao)麥(mai)麥芒(mang)啟(qi)發(fa)，利用PμSL3D打(da)印技(ji)術（深圳摩方材料科(ke)技有限公(gong)司，nanoArch® S130）構(gou)造了仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)分(fen)級系統(tong)，實現(xian)了高效(xiao)的(de)霧(wu)水收(shou)集(ji)。經(jing)過優(you)化設計(ji)的(de)仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)霧(wu)水收(shou)集(ji)系(xi)統(tong)，表面分布有眾多(duo)微型(xing)刺狀(zhuang)取向收(shou)集(ji)器(qi)，擴(kuo)大了收(shou)集(ji)的(de)有效(xiao)面積，增(zeng)強(qiang)了霧(wu)滴捕(bu)捉效(xiao)率，並(bing)突(tu)破傳(chuan)統(tong)結構(gou)下滴(di)狀(zhuang)傳(chuan)輸(shu)的(de)限制(zhi)，實現(xian)了高速(su)的(de)膜狀(zhuang)傳(chuan)輸(shu)，極大地(di)提(ti)高(gao)傳(chuan)輸(shu)速(su)度和收(shou)集(ji)效(xiao)率。該系統(tong)的(de)水霧(wu)收(shou)集(ji)效(xiao)率可達(da)5.9g/cm2·h，有望應(ying)用於(yu)液(ye)滴(di)傳(chuan)輸(shu)、藥(yao)物(wu)運輸(shu)、細(xi)胞(bao)牽(qian)引(yin)、海(hai)水(shui)淡(dan)化等科(ke)學(xue)技(ji)術領域(yu)。

圖(tu)2 自然(ran)麥芒(mang)與(yu)仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)的(de)結構(gou)特征及(ji)演變(bian)規(gui)律(lv)。a-c.自然(ran)麥芒(mang)表(biao)面微刺、凹槽(cao)的(de)結構(gou)特征統(tong)計(ji)曲(qu)線(xian)圖(tu)。d-e.5種不同結構(gou)形(xing)式仿生(sheng)系(xi)統(tong)示(shi)意(yi)圖(tu)。f-g. 不同結構(gou)形(xing)式仿生(sheng)系(xi)統(tong)的(de)表征。h.仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)隨微刺數(shu)目增加的(de)結構(gou)演變(bian)示(shi)意(yi)圖(tu)。

圖(tu)3 不同結構(gou)形(xing)式仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)的(de)霧(wu)水收(shou)集(ji)過程(cheng)。a-e. 仿生(sheng)脊(ji)柱(zhu)（Ⅰ）、仿生(sheng)凹槽(cao)（Ⅱ）、仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)體(ti)系（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）在水(shui)霧(wu)環境(jing)下(xia)逆重力(li)的(de)霧(wu)滴捕(bu)捉輸(shu)運(yun)過程(cheng)。

圖(tu)4 仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)的(de)水霧(wu)收(shou)集(ji)作(zuo)用機理(li)。a-c. 仿生(sheng)脊(ji)柱(zhu)（Ⅰ）、仿生(sheng)凹槽(cao)（Ⅱ）、仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)體(ti)系（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）逆重力(li)下的(de)霧(wu)滴運(yun)輸(shu)距(ju)離、速(su)度、體積(ji)的(de)統(tong)計(ji)曲(qu)線(xian)圖(tu)。d-f. 仿生(sheng)脊(ji)柱(zhu)、仿生(sheng)凹槽(cao)、仿生(sheng)麥(mai)芒(mang)體(ti)系的(de)霧(wu)水收(shou)集(ji)機理(li)分(fen)析(xi)。