一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔及捕雾集水方法技术

本发明专利技术涉及一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔及捕雾集水方法，属于仿生捕雾系统技术领域。本发明专利技术捕雾集水头盔包括集液盒和头盔主体，集液盒设置在头盔主体后端底部，头盔主体包括频率发生器、头盔壳体、环形线圈和电源构件，频率发生器设置在头盔壳体外侧壁，环形线圈设置在头盔壳体内侧壁，频率发生器和环形线圈串联后与电源构件电连接形成负载电路，头盔壳体外侧壁设置有竖直向上的微米磁性针椎阵列，微米磁性针椎阵列的顶部设置有亲水外层，微米磁性针椎阵列的底端设置有疏水外层，头盔壳体的底部倾斜设置有环形集液槽，环形集液槽的低端与集液盒的顶部连通。本发明专利技术利用外部磁场驱使微针椎阵列发生变形以实现液滴的吸附、脱落、富集。

【技术实现步骤摘要】
一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔及捕雾集水方法
本专利技术涉及一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔及捕雾集水方法，属于仿生捕雾系统

技术介绍
雾在自然界中无处不在，因此雾被认为是一种可替代和可持续的淡水资源。然而，使用现存的生物仿生捕雾系统从静态雾中收集淡水仍然是一个挑战。基于此急需一种成本低，安全可靠的生物仿生捕雾系统以实现捕雾集水。
技术实现思路
本专利技术针对单兵作战淡水供应困难的问题，提出一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔及捕雾集水方法，本专利技术将外加磁场与磁性微锥形阵列相结合，可以实现无风条件下磁感生集雾，应用到单兵作战的头盔上，无论热带雨林、清晨沙漠、无风地区都可以从空气中收集细小雾滴作为淡水来源，在军事领域会有巨大应用前景。本专利技术的技术方案为：基于微米磁性针椎状阵列表面的顶端亲水和底部疏水，微小雾滴在亲水端连续富集，利用外部磁场驱使微针椎阵列发生变形，将液滴输送到底部疏水层上进行收集，从而实现液滴的吸附、脱落以及富集。本专利技术为解决其技术问题而采用的技术方案是：一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，包括集液盒1和头盔主体2，集液盒1设置在头盔主体2后端底部，头盔主体2包括频率发生器5、头盔壳体6、若干个环形线圈9和电源构件，频率发生器5设置在头盔壳体6外侧壁，环形线圈9设置在头盔壳体6内侧壁，若干个环形线圈9串联后与频率发生器5串联，再与电源构件电连接形成负载电路；头盔壳体6外侧壁设置有竖直向上的微米磁性针椎阵列，微米磁性针椎阵列的顶部为亲水外层，微米磁性针椎阵列底端的头盔壳体壁为疏水层，头盔壳体6的底部倾斜设置有环形集液槽7，环形集液槽7的低端与集液盒1的顶部连通；所述微米磁性针椎阵列包括若干个微米磁性针椎8，微米磁性针椎8为圆锥形结构，微米磁性针椎8的顶部为圆锥形结构顶点；所述微米磁性针椎的圆锥形结构可推动液滴到达疏水性尾部便自主脱落，实现液滴的富集，微米磁性针椎阵列可以实现自发、连续的收集雾水，由于磁场方向确定，微米磁性针椎的挠度随磁场强度的增大而增大；进一步的，所述微米磁性针椎8包括有机物壳体和磁性纳米颗粒填充体，磁性纳米颗粒填充体填充设置在有机物壳体内；优选的，磁性纳米颗粒填充体为Fe3O4磁性纳米颗粒；更进一步的，所述微米磁性针椎8高度为20~30μm；所述电源构件包括电池盒3和开关4，电池盒3和开关4均设置在头盔壳体6外侧壁，环形线圈9的两端分别为正极端和负极端，电池盒3的正极端依次通过电导线与开关4、频率发生器5、环形线圈9的正极端电连接，环形线圈9负极端通过电导线与电池盒3的负极端电连接；所述开关4可起到接通、保护负载电路的作用；进一步的，所述电池盒3内设置有充电电池；优选的，充电电池为充电镍氢电池，充满后可连续使用20个小时；所述有机物壳体为聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷表层引入亲水官能团形成亲水外层，亲水官能团为OH、CHO、COOH、NH2或SO3H，头盔壳体6为聚合物壳体，头盔壳体6表层引入疏水官能团形成疏水层，疏水官能团为烃基或酯基；进一步的，所述头盔主体2后端底壁设置有水平向卡槽，集液盒1侧壁设置有水平向卡扣，水平向卡扣插设在水平向卡槽内，以实现集液盒1的拆卸；所述头盔壳体6内设置有隔热层，隔热层可以为喷涂隔热层，也可以为设置在头盔壳体中部的隔热嵌层；所述环形线圈9两端施加激励信号通过电流时，在环形线圈9周围的空间产生圆形磁场，使微米磁性针椎阵列受到向下的吸引力；所述频率发生器5用作负载电路的信号源或激励源，通过对频率发生器的相关参数进行设置，实现微米磁性针椎阵列周期性弯曲和持续振动，使液滴从微米磁性针椎阵列尖端输送到微米磁性针椎阵列底部。所述磁控微针椎阵列捕雾集水头盔的捕雾集水方法，包括以下具体步骤：（1）设置频率发生器的控制参数使频率发生器按照设定频率接通负载电路；（2）负载电路未接通时，微米磁性针椎阵列完全直立，微米磁性针椎阵列顶部的亲水外层在浓雾中自主附着雾滴，雾滴形成微液滴，微液滴融合成液滴；频率发生器控制负载电路接通，通电的环形线圈在微米磁性针椎阵列的周围空间内产生圆形磁场，在圆形磁场的驱动下，磁性针椎阵列尖端受到向下的吸引力产生持续定向变形以形成风场，磁性针椎阵列的顶端和底端形成Laplace压差，加速磁性针椎阵列的顶端的液滴定向运动输送到磁性针椎阵列底端的疏水处实现液滴富集；（3）磁性针椎阵列底端富集的液滴聚集长大，形成液流汇聚在头盔壳体的环形集液槽中，环形集液槽中的液流在重力作用下汇集在集液盒中以实现头盔的捕雾集水。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术的磁控微针椎阵列捕雾集水头盔从雾、潮湿空气中迅速高效地定向收集雾气，实现了高效率、高产出的连续雾滴收集；（2）本专利技术的磁控微针椎阵列捕雾集水头盔因其远程、无损、实时控制磁场改变微针椎的优点，在捕雾取水领域具有很好的应用前景；（3）本专利技术的磁控微针椎阵列捕雾集水头盔实现了无风条件下的磁感应雾收集，特别是在低流速雾区、无风多雾地区具有广阔的应用前景；（4）本专利技术的磁控微针椎阵列捕雾集水头盔雾滴的收集直接由功能表面完成，无冷凝发生，无需外部能量输入，在宽广的温度与湿度范围下可以实现有效的雾滴收集，在单兵作战短时间内满足基本水需求等军事领域拥有巨大应用前景。附图说明图1为磁控微针椎阵列捕雾集水头盔；图2为微米针椎阵列结构示意图；图3为无磁场作用下微针椎阵列尖端雾水收集示意图；图4为施加磁场作用下微针椎阵列尖端雾水传输至尾部示意图；图5为环形线圈设置示意图；图6为负载电路示意图；图中：1-集液盒、2-头盔主体、3-电池壳、4-开关、5-频率发生器、6-头盔壳体、7-集液槽、8-微米针椎、9-环形线圈。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1：如图1和5所示，一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，包括集液盒1和头盔主体2，集液盒1设置在头盔主体2后端底部，头盔主体2包括频率发生器5、头盔壳体6、若干个环形线圈9和电源构件，频率发生器5设置在头盔壳体6外侧壁，环形线圈9设置在头盔壳体6内侧壁，若干个环形线圈9串联后与频率发生器5串联，再与电源构件电连接形成负载电路；头盔壳体6外侧壁设置有竖直向上的微米磁性针椎阵列，微米磁性针椎阵列的顶部为亲水外层，微米磁性针椎阵列底端的头盔壳体壁为疏水层，头盔壳体6的底部倾斜设置有环形集液槽7，环形集液槽7的低端与集液盒1的顶部连通；所述有机物壳体为聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷表层引入亲水官能团形成亲水外层，亲水官能团为OH、CHO、COOH、NH2或SO3H，头盔壳体6为聚合物壳体，头盔壳体6表层引入疏水官能团形成疏水层，疏水官能团为烃基或酯基；如图6所示，电源构件包括电池盒3和开关4，电池盒3和开关4均设置在头盔壳体6外侧壁，环形线圈9的两端分别为正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，其特征在于：包括集液盒(1)和头盔主体(2)，集液盒(1)设置在头盔主体(2)后端底部，头盔主体(2)包括频率发生器(5)、头盔壳体(6)、若干个环形线圈(9)和电源构件，频率发生器(5)设置在头盔壳体(6)外侧壁，环形线圈(9)设置在头盔壳体(6)内侧壁，若干个环形线圈(9)串联后与频率发生器(5)串联，再与电源构件电连接形成负载电路；头盔壳体(6)外侧壁设置有竖直向上的微米磁性针椎阵列，微米磁性针椎阵列的顶部为亲水外层，微米磁性针椎阵列底端的头盔壳体壁为疏水层，头盔壳体(6)的底部倾斜设置有环形集液槽(7)，环形集液槽(7)的低端与集液盒(1)的液体入口连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，其特征在于：包括集液盒(1)和头盔主体(2)，集液盒(1)设置在头盔主体(2)后端底部，头盔主体(2)包括频率发生器(5)、头盔壳体(6)、若干个环形线圈(9)和电源构件，频率发生器(5)设置在头盔壳体(6)外侧壁，环形线圈(9)设置在头盔壳体(6)内侧壁，若干个环形线圈(9)串联后与频率发生器(5)串联，再与电源构件电连接形成负载电路；头盔壳体(6)外侧壁设置有竖直向上的微米磁性针椎阵列，微米磁性针椎阵列的顶部为亲水外层，微米磁性针椎阵列底端的头盔壳体壁为疏水层，头盔壳体(6)的底部倾斜设置有环形集液槽(7)，环形集液槽(7)的低端与集液盒(1)的液体入口连通。


2.根据权利要求1所述磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，其特征在于：微米磁性针椎阵列包括若干个微米磁性针椎(8)，微米磁性针椎(8)为圆锥形结构，微米磁性针椎(8)的顶部为圆锥形结构顶点。


3.根据权利要求2所述磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，其特征在于：微米磁性针椎(8)包括有机物壳体和磁性纳米颗粒填充体，磁性纳米颗粒填充体填充设置在有机物壳体内。


4.根据权利要求2或3所述磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，其特征在于：微米磁性针椎(8)高度为20～30μm。


5.根据权利要求1所述磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，其特征在于：电源构件包括电池盒(3)和开关(4)，电池盒(3)和开关(4)均设置在头盔壳体(6)外侧壁，环形线圈(9)的两端分别为正极端和负极端，电池盒(3)的正极端依次通过电导线与开关(4)、频率发生器(5)、环形线圈(9)的正极端电连接，环形线圈(9)负极端通过电导线与电池盒(3)的负极端电连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：焦凤，李倩，何永清，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53