一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面制造技术

本发明专利技术属于功能材料技术领域，公开了一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，包括表面分为超亲水区域和超疏水区域的界面本体，超亲水区域和超疏水区域均为条带状，超亲水区域和超疏水区域在长度方向上同向延伸、在宽度方向上交替排列；超亲水区域设置有多个积雾针，积雾针伸出于界面本体的表面。本发明专利技术将超疏水区域和超亲水区域相结合，并在超亲水区域插以积雾针，利用小液滴表面能的释放作为驱动力，实现自发定向的集雾过程，形成自主收集雾气并自我输运的功能界面。

A functional interface for capturing and self driving directional collection of fog droplets

The invention belongs to the technical field of functional materials, and discloses a functional interface for capturing and self driving directional collection of fog droplets, which includes an interface body with a surface divided into super hydrophilic area and super hydrophobic area. The super hydrophilic area and super hydrophobic area are strip like, and the super hydrophilic area and super hydrophobic area extend in the same direction in the length direction and alternate in the width direction; the super hydrophilic area The domain is provided with a plurality of fog accumulating needles extending out of the surface of the interface body. The invention combines the superhydrophobic region and superhydrophilic region, and inserts a fog accumulating needle in the superhydrophilic region, uses the release of the surface energy of the small droplet as the driving force, realizes the self oriented fog collection process, and forms a functional interface for self collection and self transportation of the fog.

【技术实现步骤摘要】
一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面
本专利技术属于功能材料
，具体地说，是涉及一种用于微小雾滴收集、输运的新型功能界面。
技术介绍
雾水收集被认为是解决干旱但有雾地区取水问题的有效方法。目前具有积雾功能的界面有网状、管状和有特定图案的仿生表面等，这些积雾界面因具有较高效的雾气收集能力和可观的水滴悬挂量，受到广泛关注。但这些界面都依赖于重力驱动将水分离。这样就会存在很多缺点，体现在受风吹拂过程中，液滴的储量可能受到严重的再蒸发影响，大大降低了雾气收集的效率。与此同时，重力驱动的雾收集器在水运输的过程中主要依赖于一个开放的表面，也增加了水流失的风险。这种不具备自发收集雾水和防止收集到的雾水再蒸发功能的界面将会由于其浪费过多而无法投入到大规模应用，为了减少在雾收集面上捕获的雾滴再蒸发，就需要设计出一个可以解决上述问题的界面，这种界面需要具有不依赖重力以及能够定向收集并储存捕获液滴的功能。
技术实现思路
本专利技术着力于解决目前积雾功能界面不具备自发收集雾水和防止蒸发功能的技术问题，提供了一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，将超疏水区域和超亲水区域相结合，并在超亲水区域插以积雾针，利用小液滴表面能的释放作为驱动力，实现自发定向的集雾过程，形成自主收集雾气并自我输运的功能界面。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，包括界面本体，所述界面本体的表面分为超亲水区域和超疏水区域，所述超亲水区域和所述超疏水区域均为条带状，所述超亲水区域和所述超疏水区域在长度方向上同向延伸、在宽度方向上交替排列；所述超亲水区域设置有多个积雾针，所述积雾针伸出于所述界面本体的表面。优选地，所述超亲水区域的宽度为0.25-2毫米；所述超疏水区域的宽度为0.25-2毫米。优选地，所述积雾针伸出于所述界面本体的表面0.5-2.5毫米。优选地，所述积雾针与所述界面本体的表面呈45°-135°夹角。优选地，所述积雾针在所述超亲水条带区域内等间距布置，该间距为2.3mm-5mm。优选地，所述积雾针为钢针、铝针、铜针中的一种。进一步地，所述超疏水区域由超疏水材料的所述界面本体形成，或者在所述界面本体上叠加覆盖超疏水材料形成，或者对所述界面本体采用加工的方式进行部分超疏水处理形成。更进一步地，所述叠加覆盖为粘贴、涂敷、气相沉积或激光刻蚀中的一种，所述加工的方式为微加工或激光加工，所述超疏水材料为气相二氧化硅、蜡或氟硅烷。进一步地，所述超亲水区域由超亲水材料的所述界面本体形成，或者在所述界面本体上叠加覆盖超亲水材料形成，或者对所述界面本体采用加工的方式进行部分超亲水处理形成。更进一步地，所述叠加覆盖为粘贴、涂敷或激光刻蚀中的一种，所述加工的方式为微加工或激光加工，所述超亲水材料为滤纸、海绵、棉花、纸板、超亲水铜片、超亲水玻璃，或者鞣酸和A200按照1:1混合的溶液。本专利技术的有益效果是：本专利技术的捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，基于超浸润材料的仿生构筑，搭建多功能液体定向输运界面；通过研究超疏水区域和超亲水区域的尺寸、排列等参数以及积雾针的长度、排列距离对液体定向输运性能的影响，进一步优化技术参数，获得最优化的自驱动积雾和输运界面。基于超疏水区域和超亲水区域的协同作用，构建流体自驱动定向收集和运输体系，并深入考察了输运程度、收集效率以及收集能力等参数，探索并证明该界面系统在雾气捕捉、液体收集、新型界面材料等领域的应用潜力。在使用本专利技术的一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面进行液滴定向传输时，可利用雾气作为液体来源，利用所积液滴在超疏水区域和超亲水区域的浸润性不同导致表面能释放，定向驱动液滴向超亲水区域进行运动，最终完全吸收、输运。由于拉普拉斯压的推动，超疏水区域表面上的液滴将快速地转移到超亲水区域，并被吸收和连续输运。通过对捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面测试得到，捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面的收集效率比同样面积但无亲疏水协同，没有积雾针的表面高出四倍，比只有积雾针，没有亲疏水协同的表面高出了两倍，因此实现了高效快速的液体收集及输运。本专利技术的一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面制备成本低廉，原料易得，材料可选择性强，生产工艺简单，适合大规模制备，可以与多种液体操控体系相整合，并且可以应用于户外等实际环境。本专利技术对于雾气收集及输运的作用明显，可以实现在无外力和外加能量的情况下的实现液体定向传输，实现了高效、快速、安全的液滴传输过程，为新型积雾界面提供了应用实例。附图说明图1是本专利技术提供的捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面的结构示意图；图2是本专利技术的实施例1在应用过程中对液体的快速输运过程照片。上述图1中：1-超亲水区域；2-超疏水区域；3-积雾针；4-雾滴。具体实施方式本专利技术提供了一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，可用于含有雾气捕捉、收集、捕集水滴的逆重力输运、转运和收集的新型材料界面系统的构建，以及用于雾气的收集以及输运体系的构建，为雾气收集、淡水获取等研究方向提供新的思路与应用。如图1和图2所示，一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，包括界面本体，界面本体的表面分为超亲水区域1和超疏水区域2，超亲水区域1和超疏水区域2均为条带状，超亲水区域1和超疏水区域2在长度方向上同向延伸、在宽度方向上交替排列。超亲水区域1的宽度优选为0.25-2毫米；超疏水区域2的宽度优选为0.25-2毫米。超亲水区域1和超疏水区域2合作的本质是，超亲水区域1上的球/冠状雾滴4可以自发地转移到超亲水区域1表面，由润湿性梯度驱动。相比之下，液体的运输方向相反，也就是从超亲水区域1到超疏水区域2，受到了表面能的阻碍，实现了单向水的输送。当界面本体由超亲水材料制成时，界面本体本身作为超亲水区域1，可以通过在界面本体上叠加覆盖超疏水材料的方式间隔的形成条带状的超疏水区域2，也可以在界面本体上采用加工进行部分超疏水处理的方式间隔的形成条带状的超疏水区域2。其中，在界面本体上叠加覆盖的具体方式包括粘贴、涂敷、气相沉积、激光刻蚀等，即将超疏水材料粘贴、涂敷、气相沉积、激光刻蚀在界面本体上形成超疏水区域2。其中，最常用的超疏水材料有气相二氧化硅和蜡。其中，在界面本体上采用加工进行部分超疏水处理的方式包括采用微加工的方法对界面本体表面进行部分超疏水处理，或采用激光加工的方法对界面本体表面进行部分超疏水处理。当界面本体由超疏水材料制成时，界面本体本身作为超疏水区域2，可以通过在界面本体上叠加覆盖超亲水材料的方式间隔的形成条带状的超亲水区域1，也可以在界面本体上采用加工进行部分超亲水处理的方式间隔的形成条带状的超亲水区域1。其中，在界面本体上叠加覆盖的具体方式包括粘贴、涂敷或激光刻蚀等，即将超亲水材料粘贴、涂敷或激光刻蚀在界面本体上形成超亲水区域1。其中，最常用的超亲水材料有滤纸、海绵、棉花、纸板，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，包括界面本体，其特征在于，所述界面本体的表面分为超亲水区域和超疏水区域，所述超亲水区域和所述超疏水区域均为条带状，所述超亲水区域和所述超疏水区域在长度方向上同向延伸、在宽度方向上交替排列；所述超亲水区域设置有多个积雾针，所述积雾针伸出于所述界面本体的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，包括界面本体，其特征在于，所述界面本体的表面分为超亲水区域和超疏水区域，所述超亲水区域和所述超疏水区域均为条带状，所述超亲水区域和所述超疏水区域在长度方向上同向延伸、在宽度方向上交替排列；所述超亲水区域设置有多个积雾针，所述积雾针伸出于所述界面本体的表面。


2.根据权利要求1所述的一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，其特征在于，所述超亲水区域的宽度为0.25-2毫米；所述超疏水区域的宽度为0.25-2毫米。


3.根据权利要求1所述的一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，其特征在于，所述积雾针伸出于所述界面本体的表面0.5-2.5毫米。


4.根据权利要求1所述的一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，其特征在于，所述积雾针与所述界面本体的表面呈45°-135°夹角。


5.根据权利要求1所述的一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，其特征在于，所述积雾针在所述超亲水条带区域内等间距布置，该间距为2.3mm-5mm。


6.根据权利要求1所述的一种捕捉并自驱动定向收集雾气液滴的功能界面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹墨源，白浩宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12