基于仿生材料的沙漠地區(qū)水汽收集研究進(jìn)展

胡安焱，付穩(wěn)東，蘇 強(qiáng)，劉玥彤，李子樂

(長(zhǎng)安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054)

1 沙漠地區(qū)水汽收集的意義

地球上的水量是穩(wěn)定的和不斷循環(huán)的，淡水所占比例很小；而淡水中只有一小部分的水被人類和生物利用。具有吸濕結(jié)構(gòu)的植物和納米比亞沙漠甲蟲解決缺水問題的方法表明沙漠地區(qū)空氣中有寶貴的水資源。空氣中的水量由三個(gè)主要參數(shù)決定，包括相對(duì)濕度、空氣溫度和總氣壓。缺水是沙漠地區(qū)生物生存面臨的最大挑戰(zhàn)；因此，如何進(jìn)行水汽收集是干旱區(qū)生物迫切需要解決的問題。

近年來(lái)發(fā)展的濕空氣制水技術(shù)具有安全性好、利用簡(jiǎn)單、太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電靈活、效率高、成本低等特點(diǎn)，但由于天氣條件的限制而效率低下。隨著材料科學(xué)和仿生技術(shù)的發(fā)展，尋找安全可靠、能耗低、成本低的新型水汽收集材料成為趨勢(shì)[1]。

2 自然界生物水汽收集原理

(1)沙漠甲蟲：納米比亞沙漠甲蟲由于表面具有親水-疏水模式，因此具有優(yōu)越的捕霧能力，親水模式捕獲水分，然后通過(guò)疏水區(qū)域輸送[2]。

(2)蜘蛛絲：蜘蛛絲的微納米結(jié)構(gòu)及其組成蛋白質(zhì)序列對(duì)蜘蛛絲優(yōu)異的化學(xué)和物理性能起著重要作用。隨著環(huán)境中水汽濕度的增加，蜘蛛網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)變?yōu)橹芷谛缘募忓N體結(jié)構(gòu)，隨后節(jié)點(diǎn)處的水霧出現(xiàn)定向移動(dòng)現(xiàn)象，收集水汽[3]。

(3)沙漠蜥蜴：沙漠蜥蜴身上具有蜂窩狀的鱗片，鱗片之間有復(fù)雜的毛細(xì)管系統(tǒng)。蜂窩狀結(jié)構(gòu)使表面超親水使水汽冷凝；通過(guò)毛細(xì)管系統(tǒng)向蜥蜴口腔輸水[4]。……