[发明专利]一种基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置及其制作方法。本发明的基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置，采用3D打印的方式将3D仿生基底设计成具有尖刺结构。例如类仙人掌或类沙漠甲壳虫的集水结构，尖刺部分的设置，能够进一步地加强了该装置的水分收集和水分传输功能。本发明的基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置的制备方法，是通过依次在3D仿生基底上制作一层硫化亚铜纳米片，并覆盖具有均匀孔洞的模板，将其浸入疏水溶液，去掉掩模，再将其浸入亲水溶液，或将其浸入亲水溶液，去掉掩模，再将其浸入疏水溶液，得基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置；该制备方法简单，易操作。

技术领域

本发明涉及超疏水超亲水材料领域，具体涉及一种基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置及其制作方法。

背景技术

印刻效应属于辨认事物以及与事物间保持一定逻辑关系的一种能力。印刻效应最为人所熟知的形式是指幼小的动物，特别是那些孵出后立即离巢的鸟类，从它们的身边成年动物身上获得类似的行为特征。通过印刻能力，新生动物可以从一些即便不是它们父母的刺激物中学习到必要的技能，这些技能可以帮助它们适应于生存环境。例如，小鸭子跟着犬类学习游泳；刚被母鸡孵出的鹅会把母鸡当作它们的学习对象；狼的幼崽在与犬类接触后开始吠叫等等。因此，新生的动物可以被说是向目标事物产生印刻，这便是动物界中著名的印刻效应。

对于一些与生俱来就拥有适当亲和性的材料，它们与外界接触时，倾向于吸引捕获具有相近极性的分子，另一方面，它们对于特定的溶液也有分散偏好。那么，从这个角度来看，印刻能力是可以被这一类材料所拥有，因为它们可以通过相互吸引来融合吸收不同材料的特性。

此外，地球上多数地区是缺水地区，而大气中却以水蒸气的形式储存着大量的水分，自然界中的许多动植物利用超亲水和超疏水相间的结构，具备了从大气中收集水分的特性，比较著名的例子是生活在纳米比亚沙漠中的一种甲壳虫，它的壳上有一些亲水性的突起和疏水性的凹陷部位。利用亲水性的突起使得大气中的水蒸气在其上液化，形成水滴，然后通过疏水区域将水滴传输到腿上后喝掉。仙人掌表面有很对锥形的尖刺，研究表明，其尖刺的也具有水分收集和水分传输功能。因此，探究无生命的无机材料是否也具有如此类似的印刻效应，对于丰富单一材料的功能具有重大意义。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的首要目的是提供一种基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置，该水分收集装置具有印刻效应，具有超疏水和超亲水相间的结构，超亲水区域可以收集水分，超疏水区域将收集的水分传输，可以实现水分的收集。该装置结构简单、使用方便。

本发明的第二目的是提供一种基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置的制作方法，该制备方法简单，易操作。该制作方法通过利用3D打印进行仿生设计，然后再利用硫化亚铜纳米材料的印刻效应来构建亲疏相间结构，来进行水分的收集。

本发明的首要目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置，包括3D仿生基底和硫化亚铜纳米片，所述硫化亚铜纳米片包括薄片的基面以及薄片的边缘位置。

优选地，所述3D仿生基底是具有尖刺结构的集水结构。

优选地，所述3D仿生基底是具有尖刺结构的类仙人掌或类沙漠甲壳虫的集水结构。

优选地，所述薄片的基面覆盖疏水层，所述薄片的边缘位置覆盖亲水层；或所述薄片的基面覆盖亲水层，所述薄片的边缘位置覆盖疏水层。

本发明的第二目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于3D打印的超疏水超亲水水分收集装置的制备方法，包括如下步骤：

(1)3D仿生基底的制备：选用黄铜基材，采用3D打印的方法制备具有尖刺结构的集水结构；或选用有机聚合物基材，采用3D打印的方法制备具有尖刺结构的集水结构，采用电镀、真空镀膜的方式在3D仿生基底表面沉积一层黄铜膜；