江南大学付少海、福州大学赖跃坤 AFM：基于湿度响应的动态二/三维可转换Kirigami铜片用于提升雾水收集和储存效率

高分子科技高分子科技 2022-11-24 11:23

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雾水收集装置（FHD）可用于缓解多雾地区的水资源短缺问题，高效和连续的雾水收集仍面临一些挑战，如单一的仿生集水效率低、收集水再蒸发现象导致水的利用率降低等。

图一：动态二/三维可转换Kirigami铜片捕雾示意图。在雾流中，铜片自动变换为3D结构从雾流中获取水滴（左）。雾流结束后，铜片切换为2D结构改在收集器上防止捕获的液滴再蒸发。

受仙人掌、猪笼草、荷叶和松果等多种织物的启发，江南大学付少海教授/福州大学赖跃坤教授团队报道了一种基于湿度响应的动态二/三维可转换 Kirigami 铜片（ SLP-SHL@SP-Cu ）装置。捕雾过程中，捕获的液滴在拉普拉斯力（仙人掌尖刺结构）、毛细力（荷叶 Janus 结构）和低表面能（猪笼草超滑表面）的作用下从上表面顶端向底部运移。值得注意的是，模拟松果湿度响应鳞片，新型 FHD 以预先编程的方式响应湿度变化，并执行从 2D 平面结构到 3D 螺旋结构的动态转换，达到高效雾收集（ 3D 结构）和水存储（ 2D 结构）的目的。该研究为高效 FHD 的开发开辟了新的思路。

图二：a）FHD的设计策略：在SLP-SHL@SP-Cu中融入仙人掌、猪爪草、荷叶和松果的特性。b）湿度响应水凝胶纤维的制备工艺和机理。c）湿度响应SLP-SHL@SP-Cu的工作示意图，雾流刺激下，SLP-SHL@SP-Cu切换到3D结构捕捉水雾，在阳光照射下恢复到2D 平面结构保存收集的水分。

图三：受仙人掌尖刺，荷叶Janus结构和猪笼草超滑表面启发SLP-SHL@SP-Cu 及其表面的液滴定向运输行为。

视频一： 在雾流刺激下， SLP-SHL@SP-Cu切换到3D结构以捕捉水滴

视频二： 在阳光照射下 SLP-SHL@SP-Cu恢复到2D 平面结构以保存收集到的水分

该研究成果以“Bio-inspired Copper Kirigami Motifs Leading to a 2D–3D Switchable Structure for Programmable Fog Harvesting and Water Retention”为题发表在《Advanced Functional Materials》上，第一作者为江南大学博士生余治华，通讯作者为江南大学付少海教授，张继超副研究员和福州大学赖跃坤教授。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202210730

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