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仿蜘蛛絲捕霧集水纖維淡水收集成效

近年來(lái)，我國(guó)不斷加大對(duì)海洋資源的開發(fā)利用。在深海資源開發(fā)過(guò)程中，工作人員經(jīng)常要遠(yuǎn)離陸地到深海海域開展工作，如何保證他們工作期間的淡水供應(yīng)是一個(gè)必須解決的關(guān)鍵問題。

揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動(dòng)力工程學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)利用兩年時(shí)間，研發(fā)了一款面向深海資源開發(fā)的仿蜘蛛絲捕霧集水纖維。依托這種材料開發(fā)的集水裝置，在無(wú)需電力的狀況下，經(jīng)過(guò)一個(gè)晚上，就能獲得滿足一個(gè)成年工作人員次日生活的淡水需求量。不久前，該項(xiàng)目在第十三屆全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽中榮獲一等獎(jiǎng)。

“常用的海水淡化設(shè)備，如反滲透、閃蒸類淡化設(shè)備，體積大、重量重，且需要配套相應(yīng)的電力供應(yīng)設(shè)備為之提供電源。但是，深海開發(fā)工作人員很難隨身攜帶這些大型的制淡設(shè)備，而僅靠隨身攜帶的淡水，又難以維持長(zhǎng)時(shí)間的生活供應(yīng)。”團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師、揚(yáng)大副教授劉向東介紹道，“我們想研發(fā)一種便攜、綠色、無(wú)能耗的海上制淡裝置，為他們登島工作提供可靠的生活用淡水供應(yīng)。”

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，蜘蛛絲是一種無(wú)能耗、可持續(xù)的環(huán)境友好型天然捕霧集水材料。目前，通過(guò)模仿蜘蛛絲結(jié)構(gòu)和表明潤(rùn)濕特性，制得具有高效捕霧集水性能的人工集水纖維，已成為深海制淡研究領(lǐng)域廣泛關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)。

“現(xiàn)有仿蜘蛛絲結(jié)構(gòu)人工集水纖維的制備方法眾多，包括電紡絲法、溶液涂覆法等，但仍存在著工藝復(fù)雜、可重復(fù)性差、集水效率欠佳等問題?！眻F(tuán)隊(duì)研發(fā)人員芮遷宸介紹道，為了克服這種難題，團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年，通過(guò)微流控紡絲技術(shù)，引入互溶性高強(qiáng)度纖維流體，成功實(shí)現(xiàn)了仿蜘蛛絲集水纖維紡錘結(jié)構(gòu)，這是一種全新的人工集水纖維。

“這個(gè)纖維的集水原理主要有兩個(gè)方面，一是由纖維表面上粗糙度的差異引起的表面能梯度，二是紡錘結(jié)構(gòu)的幾何形貌引起的壓力差?！避沁w宸介紹道，依托這種材料，團(tuán)隊(duì)制作了一個(gè)海上淡水“收集器”。這種裝置像是一個(gè)普通的水杯外設(shè)置了特殊的“天線”。裝置的核心就是這種8根仿蜘蛛絲纖維布置成一簇網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它們能夠在海洋等高濕度環(huán)境下會(huì)自動(dòng)捕集空氣中的淡水。

實(shí)驗(yàn)測(cè)定，該裝置的集水效率能達(dá)到200毫升/小時(shí)，如果是從傍晚開始集水，到第二天早晨，期間大概有10小時(shí)的工作時(shí)間，算下來(lái)可以獲得2升的淡水量，基本滿足一個(gè)成年工作人員次日生活的淡水需求量。



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