【成果推介】用于高效水雾收集的纤维素基仿生材料的设计与应用

成果简介

以缓解全球水资源短缺为目标，致力于发展新型清洁水获取方式，开发了一种新型的纤维素基仿生非对称两亲性表面，应用于大气清洁水收集和能量收集。基于仿生技术（启发于甲壳虫鞘翅和仙人掌刺），通过选择性调控纤维素表面自由能的极性分量和色散分量，实现了非连续的分子级亲/疏水域；通过激光诱导刻蚀强吸电子聚合物，实现了液滴自驱动的非对称结构。发展了先进纤维素材料和自驱动结构有机耦合的新策略，实现了雾收集表面液滴的快速成核和去除。探究了液滴在双重仿生表面成核、转移、合并以及滑落的动态运动机制。首次开发和利用了雾滴与收集器之间自发的界面电荷相互作用，实现了前所未有的高水收集效率（93.18 kg/m² h）和雾水发电性能（1滴水点亮400盏LED灯）。相关研究成果发表于《Nature Communications》，申报发明专利2项。

应用前景

据统计，世界上三分之二的人口正经历着不同程度的缺水，缓解水资源短缺迫在眉睫。本成果可以直接收集空气中的水，用于缓解干旱或偏远地区人口的饮用水和卫生用水问题。此外，利用收集到的水滴，可以通过液滴摩擦纳米发电机将其体积电荷及机械能转化为电能，用于缓解偏远地区同样严重的能源短缺问题。

成熟度

本成果已完成基础研究和小试阶段、目前正处于中试阶段。

成果展示

图1 用于高效水收集和能量收集的集成系统

知识产权情况

成果完成人

轻工与食品工程学院：聂双喜

成果转化，请联系成果与合作处，联系人：刘老师，联系电话：0771-3904162。