[发明专利]可大尺度表面应用的仿生自驱集水图案及其制备方法

说明书

本发明涉及可大尺度表面应用的仿生自驱集水图案及制备方法，在超疏水表面上分布的超亲水区域，超亲水区域由仿生三角形搭接结构主通道、三角形次通道和网状线型通道组成；主通道位于图案中央位置，次通道分别从主通道两侧延展而出且非对称分布，网状线型通道分布在主通道和次通道四周，网状线型通道由横向平行线型通道和与横向平行线型通道呈一角度的斜向线型通道组成，主通道由多行单个三角形结构上下搭接和左右多列扩展而成，三角形搭接结构的上一行三角形结构的底部与下一行三角形结构的上部窄端相搭接；依此连接方式形成多行连接和多列扩展，最后一行的三角形结构底部设立与之相连的圆形储水区。采用激光加工集水图案，微结构参数精密可调。

技术领域

本发明涉及一种可大尺度表面应用的仿生自驱集水图案及其制备方法，属于水收集与超疏水-超亲水表面技术领域。

背景技术

目前，水是地球上所有生物日常活动的重要资源。据报道，全球三分之二的地区(约40亿人)每年至少有一个月处于严重缺水的状态，特别是干旱和半干旱地区，如沙漠、戈壁等地区，急需生存所需的水资源。尽管各地区已通过海水淡化技术对缓解局部地区缺水问题产生了一定成效，然而由于造价昂贵的基础设施和复杂的海水淡化工艺，一直处于缓慢发展的状态。据报道，大气中蕴含着大量的水分，约占地球上所有淡水资源的10％。因此，收集大气中的微小的水滴和雾气成为可以帮助解决干旱和半干旱地区乃至全球地区缺水问题的一种潜在方式。

近年来，研究表明人们受到大自然一些生物表面集水特性的启发，例如，沙漠甲虫、仙人掌和蜘蛛丝等，模仿这些生物表面湿润性微结构和形状梯度结构设计出许多图案化结构从大气中集水的策略。如Wang Meng等在文献(Laser Direct Writing of Tree-Shaped Hierarchical Cones on aSuperhydrophobic Film for High-Efficiency WaterCollection)中采用激光直写技术在超疏水TiO2薄膜上制备树状四级楔形疏水图案，极大地提高了集水效率，局限性在于驱动能力差，各级尺寸相互限制，很难得到灵活应用和放大。专利CN108816702A，利用皮秒激光在超疏水表面制备多级超亲水叶脉网络结构，解决一定运输距离下的驱动能力弱的问题，具有一定的液滴自驱能力，但同样存在着大面积下远距离无法运输的局限，原因在于曲率半径与拉普拉斯压差成反比，放大三角形结构的曲率半径，三角形结构则会失去拉普拉斯压差，无法快速运输冷凝水，冷凝水蒸发量损失会增大，减少集水量；同时，复杂的图案化结构不易制备。专利文献CN205475439U、CN201910547266、CN107502875A等，利用沙漠甲虫混合湿润模式和仙人掌自驱集水模式，制备一系列集水图案，但这些集水图案同样具有许多上述缺陷。

因此，迫切需要研发一种新的简洁的集水图案可灵活的设计和放大及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种可大尺度表面应用的仿生自驱集水图案及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

可大尺度表面应用的仿生自驱集水图案，特点是：所述仿生自驱集水图案为在超疏水表面上分布的超亲水区域，超亲水区域由仿生三角形搭接结构主通道、三角形次通道和网状线型通道组成；所述主通道位于图案中央位置，所述次通道分别从主通道两侧延展而出且非对称分布，所述网状线型通道分布在主通道和次通道四周，所述网状线型通道由横向平行线型通道和与横向平行线型通道呈一角度的斜向线型通道组成，所述主通道由多行单个三角形结构上下搭接和左右多列扩展而成，三角形搭接结构的上一行三角形结构的底部与下一行三角形结构的上部窄端相搭接；依此连接方式形成多行连接和多列扩展，最后一行的三角形结构底部设立与之相连的圆形储水区。

进一步地，上述的可大尺度表面应用的仿生自驱集水图案，其中，所述主通道为上下非对称三角形结构，锥度为3～15°，长度为5～30mm，上下相邻三角形搭接区域的长度为所在单个三角形长度的一半，次通道尺寸小于主通道。