精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集

雾水收集对解决水资源短缺具有重要的意义，如何提升雾水收集效率一直是研究热点。高效的雾水收集需要同时满足高效捕捉和快速传输两个严苛的条件。受大自然启发，制备合适的仿生系统被认为是实现这两个严苛条件的有效方法。然而，目前制备的仿生系统结构单一，精度较低，无法实现高效的雾水收集。

近日，西南科技大学李国强教授领导的仿生微纳精密制造团队，受小麦麦芒启发，利用PμSL3D打印技术（深圳摩方材料科技有限公司，nanoArch S130）构造了仿生麦芒分级系统，实现了高效的雾水收集。经过优化设计的仿生麦芒雾水收集系统，表面分布有众多微型刺状取向收集器，扩大了收集的有效面积，增强了雾滴捕捉效率，并突破传统结构下滴状传输的限制，实现了高速的膜状传输，极大地提高传输速度和收集效率。该系统的水雾收集效率可达5．9g／cm2·h，有望应用于液滴传输、药物运输、细胞牵引、海水淡化等科学技术领域。

图1 自然麦芒结构特征、雾水收集过程及仿生麦芒系统的制备过程。a．小麦麦芒捕捉潮湿空气中的小水滴。b．麦芒逆重力超快雾滴输运过程。c－e． 自然麦芒的分级结构SEM表征。f． PμSL 3D打印系统制备仿生麦芒分级系统的示意图。

图2 自然麦芒与仿生麦芒的结构特征及演变规律。a－c．自然麦芒表面微刺、凹槽的结构特征统计曲线图。d－e．5种不同结构形式仿生系统示意图。f－g． 不同结构形式仿生系统的表征。h．仿生麦芒随微刺数目增加的结构演变示意图。