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为解决 SLIPS 初始集雾效率低、捕雾位点有限的问题，研究人员将脱乙酰醋酸纤维素（CH）超亲水凸起与蜘蛛丝状 PVDF 纤维引入 SLIPS。结果使水收集速率（WCR）达 1581.07 mg?cm?2?h?1，提升 48.7%，为仿生集雾器设计提供新思路。
论文解读
研究背景与意义
在全球水资源短缺的严峻现实下，超过 30 亿人面临清洁水匮乏的困境，干旱半干旱地区尤为突出。仿生雾收集技术作为一种可持续的低成本方案，展现出重要潜力。受猪笼草启发的滑液渗透多孔表面（SLIPS）虽具备高效输水和排水能力，却因表面光滑、成核势垒大，在初始阶段捕雾效率低下，限制了整体水收集速率（WCR）。而甲虫背部的亲水凸起结构和蜘蛛丝的定向输水特性，为解决这一问题提供了新思路。为此，国内研究团队开展研究，旨在通过结构优化提升 SLIPS 的集雾性能，相关成果发表于《Desalination》。
关键技术方法
研究采用电纺技术构建蜘蛛丝状聚偏氟乙烯（PVDF）纤维，通过电喷雾技术将脱乙酰醋酸纤维素（CH）超亲水凸起引入 SLIPS 表面。以铜片化学氧化制备 Cu/Cu (OH)?纳米棒阵列基底，结合溶液涂覆工艺构建复合表面，通过雾收集实验系统评估水收集速率。
研究结果
复合表面构建
通过化学氧化法制备带有纳米棒阵列的 Cu/Cu (OH)?片层，反应方程式为：Cu + 4NaOH + (NH?)?S?O? → Cu (OH)? + 2Na?SO? + 2NH?↑ + 2H?O。随后在其上电纺 PVDF 溶液形成蜘蛛丝状纤维结构，利用其不对称结构产生的拉普拉斯压力加速液滴 coalescence（聚结）。同时，通过电喷雾技术将具有油下超亲水性的 CH 作为亲水凸起引入表面，其强亲水性可避免被低表面能润滑油污染，显著提升初始阶段雾捕获能力。
性能提升效果
改性后的 SLIPS 水收集速率达 1581.07 mg?cm?2?h?1，较原始 SLIPS 提升 48.7%。CH 凸起与 PVDF 纤维的协同作用，既解决了疏水 SLIPS 与亲水结构的兼容性问题，又通过拉普拉斯压力驱动液滴聚结，缩短了集雾周期，验证了仿生复合结构的有效性。
研究结论与讨论
该研究通过模拟甲虫背部亲水凸起和蜘蛛丝输水结构，构建了 “超亲水凸起 - 滑液表面 - 纤维聚结” 的协同体系，系统性量化了集雾系统中结构与性能的关联。CH 的油下超亲水性使其能在润滑油层中保持暴露状态，为亲水 - 疏水界面的兼容设计提供了新策略；PVDF 纤维的拉普拉斯压力效应则为液滴定向输运提供了力学基础。研究成果不仅为干旱地区水资源获取提供了创新方案，更建立了仿生集雾器的多维度设计原则，推动了下一代高效集水表面的工程化应用，对缓解全球水危机具有重要科学意义和实际应用价值。
