水是地球上最豐富的資源之一，應用于人類生活的方方面面。然而，絕大部分水資源以海水形式存在，淡水資源僅占世界總水量的3%，其中的70%以兩極冰川和高山積雪的形式存在，難以獲取。目前，從自然界提取淡水的方法眾多，如海水淡化、雨水收集、地下水凈化等，上述方法雖較為成熟，但成本較高，不能廣泛適用于發展中國家，且受限于地理環境，不適于在沙漠、高原、山區等干旱地區使用。因此，探究新型集水方法有助于開拓上述地區的淡水資源，滿足當地的生活需求，緩解淡水短缺問題。事實上，水在自然界以水汽、露珠、霧水的形式廣泛存在。同時，霧水在干旱和半干旱地區廣泛分布，加以收集可以成為這些地區的主要水源，且收集霧水所帶來的生態影響較小，成本較為低廉。
近日，天津工業大學張松楠副研究員聯合福州大學賴躍坤教授，通過仿仙人掌刺的不對稱結構、沙漠甲蟲背部的親/疏水表面、蜘蛛絲的紡錘節，荷葉的不對稱浸潤性，利用化學刻蝕和靜電紡絲技術，成功制備了兼具不對稱微觀結構和相反潤濕性的四元仿生Janus膜材料。該材料不僅同時構建了浸潤性梯度和形狀梯度，而且還大大降低了水分的再次蒸發，實現了高效的霧水收集，為緩解淡水資源危機提供了新的思路。該研究成果以“A quadruple biomimetic hydrophilic/hydrophobic Janus composite material integrating Cu(OH)2 micro-needles and embedded bead-on-string nanofiber membrane for efficient fog harvesting” 為題發表在《Chemical Engineering Journal》上。
圖1 a) NF/MN Cu mesh的制備流程圖；b-d) Cu mesh、MN Cu mesh、NF/MN Cu mesh的500倍的SEM圖像；e) MN Cu mesh的SEM橫截面圖像；f-g) 分別是c-d對應的5000倍的SEM圖像。
結果表明，NF/MN Cu mesh-20的霧水收集效率明顯高于其他樣品，集水量可達65.081 g min-1 cm-2。將每個樣品重復測試10次，水收集數據依然穩定，可實現持續的霧水收集過程。除此之外，NF/MN Cu mesh Janus膜材料阻礙了親水側水分向疏水側轉移，降低了水分的二次蒸發，有效提高了保水率。兩者協同作用共同實現了霧水的高效收集。
圖4 a) 霧水收集示意圖；b) 各樣品在一小時內的集水量；c) 各樣品的集水效率；d) 各樣品前五滴液滴的滴落時間圖；e) 保水效率圖；f) 各樣品循環使用10次的集水效率。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722063434
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