一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构制造技术

本发明专利技术属于雾气液滴收集技术领域，公开了一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，至少一个具有疏水或超疏水表面的集雾单元；集雾单元包括在同平面设置的脊部和集雾片，多个集雾片连接于脊部并由脊部向两侧外伸，每个集雾片包括至少一个外侧尖端，且均由内侧根部向外侧尖端均匀过渡；集雾片用于收集液滴并使液滴在拉普拉斯压的驱动下定向输运至脊部，脊部用于使液滴在重力驱动下沿其长度方向定向运动。本发明专利技术采用平面化的结构形式，利用不对称拉普拉斯压和重力驱动，实现自发捕捉和自发驱动的定向集雾过程，从而实现自主收集雾气并自行定向输运的目的，结构简单，易于制造，成本低廉并且有望大规模投入使用。

【技术实现步骤摘要】
一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构
本专利技术属于雾气液滴收集
，具体地说，是涉及一种用于微小雾滴收集、输运的功能结构。
技术介绍
雾水收集被认为是可以解决贫穷干旱地区人们汲水问题的有效方案，高效的雾水收集实现方式中，向自然学习而采用仿生技术被证明是一种较为高效的路径。人们受沙漠甲虫启发而提出的疏水/亲水性图案结合表面和向仙人掌学习而提出的锥刺形阵列代表了两种典型的受生物启发的雾水收集方式。在首次展示了独特的雾水收集能力后，受仙人掌启发的人工雾收集器在金属刺、集成结构等基础上得到了广泛的报道。在这些系统中，所积雾滴的定向输运高度依赖于浸润性的不同和几何梯度。这些设计的高效集水和自发液滴转移都非常具有启发价值，但是这些集雾器依然存在很多诸如耐久性、制造过程繁琐以及成本高昂等问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，采用平面化的结构形式，利用不对称拉普拉斯压和重力驱动，实现自发捕捉和自发驱动的定向集雾过程，从而实现自主收集雾气并自行定向输运的目的，结构简单，易于制造，成本低廉并且有望大规模投入使用。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，包括至少一个具有疏水或超疏水表面的集雾单元；所述集雾单元包括在同平面设置的脊部和集雾片，多个所述集雾片连接于所述脊部并由所述脊部向两侧外伸，每个所述集雾片包括至少一个外侧尖端，且均由内侧根部向所述外侧尖端均匀过渡。进一步地，所述集雾片用于收集液滴并使液滴在拉普拉斯压的驱动下定向输运至所述脊部，所述脊部用于使液滴在重力驱动下沿其长度方向定向运动。进一步地，所述集雾单元中除所述脊部和所述集雾片外均为镂空部分。进一步地，所述脊部与铅垂线夹角不大于30°。更进一步地，所述脊部垂直于地面。进一步地，相邻两个所述集雾单元的所述脊部之间的间距为5-15mm。进一步地，所述集雾片的最大长度为2-10mm，最大宽度为1-5mm。进一步地，所述集雾单元由纸、蜡、铁、铝、铜、塑料中的一种制成。进一步地，所述集雾单元的疏水或超疏水表面由所述集雾单元的本体形成，或者在所述集雾单元的本体上叠加覆盖超疏水材料形成，或者对所述集雾单元的本体采用加工的方式进行部分超疏水处理形成。更进一步地，所述叠加覆盖为粘贴、涂敷、气相沉积或激光刻蚀中的一种，所述加工的方式为微加工或激光加工，所述超疏水材料为气相二氧化硅、蜡或氟硅烷。本专利技术的有益效果是：本专利技术的自驱动平面化雾气液滴定向收集结构，基于不对称拉普拉斯压的推动以及重力的拖曳作用，构建简单高效且成本低廉的雾气捕捉以及定向输运形式；以雾气作为液体来源，利用在集雾片上所积液滴受到的不对称拉普拉斯压为驱动力向中间的脊部自发定向的输送液滴，并且在脊部实现液滴的汇集以及在重力的驱使下快速向下滚落，最终完全收集。通过测试得到，本专利技术的雾气液滴定向收集结构是传统竖琴状雾水收集器效率的1.6倍，是传统纯平面雾水收集器的8.6倍，能够实现高效地雾水收集。同时，本专利技术还通过研究脊部的间距，集雾片的结构、面积等参数对雾气收集性能以及所捕获液滴定向输运能力的影响，进一步优化参数以获得更好的自驱动集雾和输运界面。本专利技术的自驱动平面化雾气液滴定向收集结构制造成本低廉，具有大规模投入产业应用的潜力；并且对雾气捕捉及输运的作用明显，可以实现无外力和外加能量情况下的液滴定向输运，实现了高效、快速、安全、廉价的雾气收集，为低成本、大规模的雾水收集应用提供了一种新的可行方案。附图说明图1是实施例1所提供的平面化雾气液滴定向收集结构的结构示意图；图2是实施例2所提供的平面化雾气液滴定向收集结构的结构示意图；图3是实施例3所提供的平面化雾气液滴定向收集结构的结构示意图。上述图1中：1-集雾单元；2-集雾片；3-脊部；4-所积液滴。具体实施方式本专利技术提供了一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，可用于含有雾气中微小液滴的捕捉、定向输运以及收集系统的构建，为廉价、大规模的雾气收集以及淡水获取以及工业中排除废蒸汽回收等方向提供新的思路以及应用。如图1至图3所示，一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，包括一个集雾单元1或多个并列设置的集雾单元1，集雾单元1具有疏水或超疏水表面。集雾单元的疏水或超疏水表面可以由集雾单元1本体形成，也可以是在集雾单元1的本体上粘贴、涂敷、气相沉积或激光刻蚀超疏水材料(如气相二氧化硅、蜡或氟硅烷)形成，还可以是对集雾单元1的本体采用微加工或激光加工的方式进行部分超疏水处理形成。每个集雾单元1包括脊部3和排列设置在脊部3两侧的多个集雾片2。脊部3为可使液滴在重力驱动下沿其长度方向定向运动的长条形片状体，集雾片2为可收集液滴并使液滴在拉普拉斯压的驱动下定向输运至脊部3的三角形或分叉三角形片状体。集雾单元1中的脊部3和集雾片2同平面设置，并且除脊部3和集雾片2均为镂空部分，以使集雾单元1平面化，制作简单、成本低廉。相邻两个集雾单元1的脊部3之间间距为5-15mm，既可使集雾片2有充分空间捕捉雾气中微小液滴，又避免浪费收集雾气流动空间。脊部3与铅垂线夹角不大于30°，优选为垂直于地面，从而保证脊部3所汇聚液滴在重力作用下有效驱动。多个集雾片2由脊部3向两侧外伸，呈相间排布或对称排布，并以等间距布置为佳。每个集雾片2内侧根部连接于脊部3，并包括一个或多个外侧尖端，且由内侧根部向所有外侧尖端都为均匀过渡。集雾片2的形状可以为单个三角形或多个三角形组合的复杂多层次结构，从而产生不对称拉普拉斯压以将所积液滴驱往同一方向收集。优选地，集雾片2的最大长度在2-10mm范围内选择，最大宽度在1-5mm内选择，该尺寸既能够保证集雾片2具有足够覆盖面而满足其集雾效果，又可以实现液滴定向输运并保障其集雾效率。由此，集雾片2的外侧尖端捕捉雾气中的微小液滴，并利用自身结构对所捕捉液滴产生的拉普拉斯压来驱使液滴向脊部3运动，之后液滴在脊部3上逐渐和其他小液滴相碰撞，并在重力的拖曳下向下运动，最终滴落和被收集，实现了雾气的捕捉，液滴的输运及收集，完成高效、廉价的雾水收集。当集雾单元1由纸、滤纸或塑料制成时，可以通过浸泡融化蜡、聚二甲基硅氧烷、气相二氧化硅和聚二甲基硅氧烷的正己醇溶液的方式将其表面镀一层薄膜来使集雾单元1达到疏水或超疏水的效果。当集雾单元1由铁、铝、铜等金属制成时，除上述浸泡法之外，还可以采用氧化法使集雾单元1表面达到疏水或超疏水的效果。除此之外，上述材料都可以采用粘贴、涂敷或气象沉积的方法使集雾单元1表面达到疏水或超疏水的效果。当集雾单元1由高强度蜡制成时，由于本身具有的疏水特性，则不需要处理。下面通过几个具体的实施例对本专利技术作进一步的详细描述。以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1：如图1所示，一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构包括多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，其特征在于，包括至少一个具有疏水或超疏水表面的集雾单元；所述集雾单元包括在同平面设置的脊部和集雾片，多个所述集雾片连接于所述脊部并由所述脊部向两侧外伸，每个所述集雾片包括至少一个外侧尖端，且均由内侧根部向所述外侧尖端均匀过渡。/n

【技术特征摘要】
1.一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，其特征在于，包括至少一个具有疏水或超疏水表面的集雾单元；所述集雾单元包括在同平面设置的脊部和集雾片，多个所述集雾片连接于所述脊部并由所述脊部向两侧外伸，每个所述集雾片包括至少一个外侧尖端，且均由内侧根部向所述外侧尖端均匀过渡。


2.根据权利要求1所述的一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，其特征在于，所述集雾片用于收集液滴并使液滴在拉普拉斯压的驱动下定向输运至所述脊部，所述脊部用于使液滴在重力驱动下沿其长度方向定向运动。


3.根据权利要求1所述的一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，其特征在于，所述集雾单元中除所述脊部和所述集雾片外均为镂空部分。


4.根据权利要求1所述的一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，其特征在于，所述脊部与铅垂线夹角不大于30°。


5.根据权利要求4所述的一种自驱动的平面化雾气液滴定向收集结构，其特征在于，所述脊部垂直于地面。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹墨源，白浩宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12