仿沙漠甲殼蟲表面的水收集性質(zhì)研究.x課件

仿沙漠甲殼蟲表面的水收集性質(zhì)研究現(xiàn)如今,全球的淡水資源極其匱乏,越來越滿足不了人類對(duì)水的正常需求。如何能夠高效環(huán)保地獲取淡水資源是個(gè)極大的難題。幸運(yùn)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(shí)來更加深入討論了各種特殊潤(rùn)濕性的表面,最后系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)實(shí)生活中和實(shí)驗(yàn)室中制備的一些水收集裝置或材料表面。在此基礎(chǔ)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(zhì)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?yàn)槭肆虼伎梢孕揎椼~而不能修飾二氧化鈦,所以在復(fù)合表面上,銅充當(dāng)疏水的物質(zhì),二氧化鈦充當(dāng)親水的物質(zhì),形成了與納米布沙漠甲殼蟲模型相似的表面。在這些復(fù)合材料中,控制表面摩爾濃度比,表面的潤(rùn)濕性和水收集效率呈現(xiàn)不同規(guī)律。實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí),表面的水收集速率逐漸提升,但是當(dāng)原始濃度比大于9:1時(shí),表面水收集速率呈減小的趨勢(shì)。所以,當(dāng)銅和二氧化鈦原始濃度比9:1時(shí),表面有最大的水收集速率,高達(dá)1309.9mgh^-1cm^-2。即使重復(fù)試驗(yàn)10次,該表面的水收集效率也沒有太大的變化。與此同時(shí),該表面也具有良好的自清潔功能和機(jī)械穩(wěn)定性。所以,對(duì)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(zhì)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(rùn)濕性銅網(wǎng),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(yīng)用于油水分離、自清潔、水汽收集之中。在超親水銅網(wǎng)上,輕油和水的混合物可以快速地分離出來。在超疏水銅網(wǎng)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(gè)簡(jiǎn)單巧妙的方法,可以有序地實(shí)現(xiàn)輕油混合物和重油混合物的分離。同時(shí),首次以超親水表面為基底,構(gòu)建不同位置和數(shù)量的超疏水圖案,合成了水收集材料表面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有兩個(gè)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^-1cm<