新倣生材料可從空氣中高效收集水
- 發佈時間：2016-02-26 01:30:46 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京2月25日電 （記者華淩）受沙漠甲蟲、仙人掌和豬籠草的啟發，哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）和Wyss生物工程研究所的研究人員，結合多種生物體的特性設計出一種高性能倣生材料，可更為有效地從空氣中收集水。這一方法不僅可用於解決某些地區乾旱缺水的問題，也為未來倣生學發展打開了新的思路。相關研究成果發表在最新一期的《自然》雜誌上。
一些生物可在乾旱的環境中生存，因為它們已進化出可從稀薄而潮濕的空氣中收集水的機制。例如奈米布沙漠甲蟲，其翅膀上有一種超級親水紋理和超級防水凹槽，可從風中吸取水蒸氣。當親水區的水珠越聚越多時，這些水珠就會沿著甲蟲的弓形後背滾落入它的嘴中。
據物理學家組織網24日報道，在本質上，新的系統是受沙漠甲蟲崎嶇不平的殼、仙人掌上刺的不對稱結構和豬籠草光滑表面的啟發而設計。新材料利用這些自然系統的特性，再加上該研究小組開發的濕滑液體注入多孔表面技術（SLIPS），收集空氣中的水。
收集大氣中的水，面臨的主要挑戰是如何控制水滴大小、形成速度及其流向。與以前著重對甲蟲殼凝水機制的研究不同，新研究的靈感來自背殼凸起部分也可集水這一發現。
該論文的第一作者、博士後研究員帕克指出，實驗發現甲蟲背部單獨的幾何形狀凸塊可便於凝結水滴，而通過詳細的理論模型優化，並將凸塊的幾何形狀與仙人掌刺的不對稱和幾乎無摩擦涂層的豬籠草結合，他們設計出的新材料，比其他材料可在更短時間內收集和運輸較大的水量。如果沒有這些參數，整個系統將無法協同工作。
該論文的合著者、SEAS副院長基姆説：“目前，這項研究邁出了令人興奮的第一步。我們將開發出一個可以有效收集水並引導其流到水庫的系統。此外，這種方法還能用在工業熱交換器上，可顯著提高其整體能效。”
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