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環(huán)球視界--無需外力的空氣冷凝集水新途徑
發(fā)布日期：

大氣中儲存了大量的水蒸氣，通過冷卻空氣，使它所含的水蒸氣凝結(jié)以便收集。這類技術(shù)在淡水收集方面將具有巨大的潛力，能夠緩解全球干旱地區(qū)的缺水問題。親水性表面在蒸汽環(huán)境中有利于汽液成核，但是從空氣中冷卻的水滴通常太小難以被收集，而且這些水滴會覆蓋在冷卻的表面充當(dāng)熱障，阻礙了進(jìn)一步的冷凝過程。因此，必須迅速將它們移除以有效地進(jìn)行水收集。疏液性表面，無論是注氣表面（也稱為超疏水表面）還是注液表面（也稱為注液光滑多孔表面），都可促進(jìn)滴狀水冷凝，其傳熱系數(shù)比膜式冷凝高10倍，能夠快速去除冷凝水。
　　美國德州大學(xué)達(dá)拉斯分校的研究人員近期研發(fā)了一種新型表面，能夠從空氣中收集水并同時促使微滴自發(fā)地移動匯入較大水滴：當(dāng)置于研發(fā)的液體潤滑劑表面時，微滴在沒有外力的情況下，能夠推動自己沿著潤滑劑油狀斜坡的彎月面爬升匯入較大水滴。這種彎月面介導(dǎo)的爬升作用使親水表面上的水滴快速凝聚的現(xiàn)象之前并沒有過報道；研究人員也是偶然間發(fā)現(xiàn)了其表面上的這種自推進(jìn)水滴凝聚現(xiàn)象，這使得可以在沒有外力的情況下從空氣中更快速地收集水。
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　　粗化水滴的ESEM圖像. 白色箭頭表示較小的液滴1、2和3朝向較大液滴4的移動方向. 右圖顯示了聚合后的較大液滴. 圖片來源：Guo et al.,2021
　　微滴自行爬動的關(guān)鍵在于新開發(fā)的液體潤滑劑表面，這是一種親水的注液光滑多孔表面（slipperyliquid-infused porous surface, SLIPS），具有獨特的親水性，可用于集水并將水滴迅速引導(dǎo)到儲層中。為了提高水滴尺寸的演變速度，研究人員對驅(qū)動力和拖曳力進(jìn)行了定量研究，并測試不同的潤滑劑，以確定哪種潤滑劑能最大程度地提高集水效率。這種自驅(qū)動的粗化效果（coarseningeffect ）能夠從親水的注液光滑多孔表面快速去除直徑小于20μm的水滴，而無論其表面方向如何；與集水過程中的聚乙二醇化親水表面、疏水性注液光滑多孔表面以及超疏水性表面相比，這種方法開辟了空氣冷凝集水的新途徑。
　　參考資料
　　Horner, K. (2021, March 25). New Physical Phenomenon Aids Harvest of Water from Air. Retrieved from UT Dallas: https://news.utdallas.edu/science-technology/water-harvest-dai-2021/
　　Guo, Z., Zhang, L., Monga, D., Stone,H., & Dai, X. (2021). Hydrophilic slippery surface enabled coarsening effect for rapid water harvesting. Cell Reports Physical Science.