科研人員開發出既「親水」又「疏水」的高效集水材料

2020-11-22 新華網客戶端

　　新華社華盛頓３月３０日電（記者周舟）發表在最新一期美國《科學·進展》雜誌上的一項研究顯示，科研人員從大自然中的水稻葉子和豬籠草獲得啟發，開發出一種既能夠快速收集空氣中水分、又能使水分快速脫落便於收集的材料。

　　在沙漠乾涸的環境中生存的甲殼蟲，其表面有親水和疏水相間的化學物質，依靠其親水表面收集霧中的水滴，疏水表面有助於讓水珠滑落飲用。開發出同時兼顧兩種優點的集水材料一直是科學家們努力的方向。

　　一般的親水表面容易吸收空氣中的水蒸氣和小水滴，但會形成一層液膜，阻礙水分的有效收集。論文通訊作者之一、美國德克薩斯大學拉斯分校戴賢明博士對新華社記者說，開發出有效收集空氣中水分並使其從表面快速脫落、從而可被收集的材料，有望為缺水地區提供更多淡水資源。

　　主持研究的賓夕法尼亞州立大學黃得勝博士說，他們採用一種被稱為ＰＤＭＳ的親水性液體潤滑劑修飾固體表面，讓固體表面具有親水性質，能夠快速收集空氣中水分。由於液體潤滑劑具有良好的流動性，可使液滴迅速滑落並被收集。研究人員還採用粗糙表面，加大其表面積以收集更多的水。

　　測試結果證實，這種親水粗糙表面能快速收集空氣中的水分，並做到「滴水不沾」。戴賢明博士說，這種材料不像超疏水表面依賴空氣幫助水滴脫落，卻能達到現有超疏水材料集水效率的3倍以上。

　　這項技術可應用於各種固體材料表面，比如低成本的塑料和金屬等，製成的高效集水材料有望用於海水淡化、冷凝換熱和淡水收集等領域。

相關焦點

  • 疏水親水自由切換的材料是什麼?
    （原標題：疏水親水自由切換的材料）
  • 親水疏水,一步切換的金屬表面
    近年來，具有出色的可變形性和環境適應性的柔性電子設備在軟機器人，人機接口等領域展現出了巨大的潛力。在各類柔性導電材料中，液態金屬由於其高導電性和本徵可拉伸性而被廣泛使用。 研究亮點 電化學沉積是一種十分簡單的合成方法，已在工業上廣泛應用。
  • 寧波材料所親油疏水溢油應急材料實現產業化
    同時，貨輪靠岸時，船舶壓艙水、洗艙水、機艙汙水的排放也會導致大量含油廢水產生。據統計，無重大漏油事件發生時，大型港口每年船舶壓艙水、船舶洗艙水、機艙含油汙水等排放量數萬噸。這些含油汙水給海洋生態環境帶來了巨大的危害。傳統的溢油應急清理方法主要包括圍油欄、吸附材料、撇油器機械法回收、溢油分散劑、微生物等。
  • 鄭州大學《CEJ》：蠟燭菸灰「玩」出了新花樣？一種超疏水/超親水多功能雙面紙
    兩面材料是通過不同的特性進行開發，從而實現理想的功能複合，近年來備受關注。荷葉是一種典型的雙面性界面行為材料，即荷葉的上表面具有超疏水特性，而下表面具有超親水特性。且該材料還集水下自驅動、微滴輸送和微量儲水等功能於一體，是一種具有重要潛力的多功能材料。
  • 中外科研人員為超疏水表面披上「鎧甲」
    中外科研人員為超疏水表面披上「鎧甲」 2020-06-04 20:05:27 來源：中國新聞網  |  作者：佚名 | 字號據了解，仿生荷葉的超疏水材料由於其獨特的固-液界面性質，在表面自清潔、生物防汙、防水抗結冰、流體減阻以及傳熱傳質等領域展現出了巨大的應用潛力，隨之又發展出了一系列如超親水、
  • 為超疏水材料披上「鎧甲」
    該成果6月7日以封面文章形式在《自然》雜誌刊發 受訪者供圖為什麼水蜘蛛可以在水上行走？為什麼荷葉「出淤泥而不染」？為什麼蝴蝶的翅膀不會被打溼？其實，這些都與動植物「身體」表面的超疏水性有關係。受上述自然現象的啟發，人們逐漸掌握了材料疏水的秘密——其對水具有極好的排斥性,水滴在其表面保持球狀極易滾動，且水珠滾動的過程中還可以帶走材料表面的塵埃，達到清潔效果。但是，以往人們製備出的超疏水材料表面結構十分脆弱，難以實現廣泛應用。如何給超疏水材料表面披上堅固「鎧甲」且不影響其疏水性能，成為該領域研究學者努力的方向。
  • 哈爾濱工業大學研製出超疏油/超親水塗層材料
    完全不沾油但完全親水（超疏油/超親水）的材料，在諸如油水分離等許多領域有重要的應用前景。以往的油/水過濾分離法採用親油/疏水材料實現阻水通油，存在兩個問題：首先是相對水而言油的黏度較高，容易附著在過濾網孔上使網孔堵塞，大幅降低過濾效率；另外一方面由於水的密度較大，重力作用下水先接觸過濾網膜，容易在網膜表面形成水膜，而密度較小的油只能浮在水膜上方使得分離無法持續。
  • 超疏水材料披「鎧甲」,疏水耐磨可兼得
    為什麼荷葉「出淤泥而不染」？為什麼蝴蝶的翅膀不會被打溼？其實，這些都與動植物「身體」表面的超疏水性有關係。　　受上述自然現象的啟發，人們逐漸掌握了材料疏水的秘密——其對水具有極好的排斥性,水滴在其表面保持球狀極易滾動，且水珠滾動的過程中還可以帶走材料表面的塵埃，達到清潔效果。　　但是，以往人們製備出的超疏水材料表面結構十分脆弱，難以實現廣泛應用。
  • 高三女生自製高效空氣集水器 技能驚人
    高中生的自製高效空氣集水器今天，在南開區科普日主場活動現場的青少年科技成果展示區，本市南開中學高三一班的曹可欣自製的高效空氣集水器吸引了全場師生與科技評委的矚目。為了儘可能高效，她的空氣集水器採用了大量的仿生學與材料學的技術。曹可欣介紹：「研製這個冷凝器用了我兩年的時間。
  • 曾志翔:親油疏水材料與溢油應急裝備研究取得突破性進展
    這些方法存在諸多缺點：吸附材料吸油的同時也吸水，油的回收較為困難;對油汙處理速度較慢，效率較低;殘留的薄油層分散到水裡，形成乳化油，嚴重影響海洋生物的生長。　　為解決這些問題，實現高效、快速的溢油應急處理，中科院寧波材料所海洋新材料與應用技術重點實驗室薛群基院士於2012年開始布局「選擇性吸附與透過材料及在溢油應急中的應用」研究方向。
  • ...利用移動各向異性超疏水表面誘導液滴定向翻滾實現附著水高效脫附
    跨介質飛行器附著水層高效脫附技術是其技術鏈中最具挑戰性的關鍵一環。飛行器出水時，表面黏附水層會顯著增加出水阻力和負載。而且，由於水氣介質密度驟變，脫附分離的表面附著水層與周圍高壓空氣在飛行器尾部低壓區混合，形成氣-水兩相混流尾羽流，如遇降雨或水線飛濺，極易影響飛行器力學平衡，造成失穩。
  • 新型物理超疏水材料油水不粘
    原標題：新型物理超疏水材料油水不粘　　科技日報訊 （記者王小龍）不粘油也不粘水，液體落在上面會像小球一樣快速散開……美國科學家日前開發出一種神奇的疏水材料，將其噴塗在玻璃、金屬、塑料等材料的表面就能讓其排斥幾乎所有液體。經過處理的材料具有耐紫外線、耐高溫、耐腐蝕的特徵。
  • 研究開發出超疏水吸附材料
    近日，中科院大連化學物理研究所11T4組鄧偉僑研究員與蘭州理工大學李安副教授合作，開發出具有超疏水特性的共軛微孔高分子吸附材料，能用於水體中非極性有機溶劑和油的選擇性吸附與分離
  • 西安交大劉峰教授/張啟路特聘研究員團隊:水體系中基於星形聚合物自組裝製備兼具親水/疏水微區的多隔室納米粒子
    目前，人工構築的MCNs的結構複雜性仍遠低於生物體系中廣泛存在的多隔室結構，比如製備出類似於血清白蛋白結構的兼具親水/疏水微區的MCNs仍然是一個巨大的挑戰。基於這一問題，本研究設計併合成了一系列21臂星形聚合物聚乙二醇(聚丙烯酸-b-聚苯乙烯)20 [PEG(PAA-b-PS)20]，並以該類星形聚合物為組裝基元通過自組裝直接製備得到了不同形貌的兼具親水/疏水微區的MCNs。
  • 【材料】ACS AMI┃Janus納米纖維膜用於PM過濾,揮發性有機化合物吸附以及定向水轉移
    為了減少空氣汙染對人的危害，優質的個人防護材料受到越來越多的關注。大氣中的主要汙染物包括顆粒物（PM）和揮發性有機化合物（VOC）。因此，研究同時過濾PM和VOC的多功能材料具有重要的意義。另一方面，大多數商業口罩由疏水材料製成，當溫度較低時，呼出氣體中的水蒸氣會在口罩內側凝結成小水滴。親水性材料可以快速吸收水滴，但水仍保留在材料上。因此，疏水性和親水性材料都會引起令人不舒服的潮溼感。
  • 【乾貨】石墨烯的功能化改性——疏水疏油篇
    近年來，超疏油-超親水材料由於其特殊的潤溼性在油水分離方面備受青睞。由於「油」的表面張力遠小於水，故超疏油-超親水表面較難製備，而且超疏油表面大多超疏水，這就限制了其在油水分離方面的應用。，烘乾交聯，得超親水及水下超疏油的油水分離網膜。
  • 疏水性自清潔塗料的原理及研究進展
    Lee等採用簡單、高效及高重複性的模板法製備了具有微米級、納米級不規則分層結構的超疏水聚合物表面。通過模板法加熱和施壓的方式在不同的熱塑性聚合物表面製備了具有超疏水性能的分層結構，接觸角大於150°。尤其是具有納米纖維結構的高密度聚乙烯(HPDE)的表面接觸角約為160°、滾動角低於2°，表現出良好的超疏水性能，同時在不同的有機溶劑和水溶液中仍表現出優異的穩定性。
  • 「知冷知熱」的蛋白質摺疊，是如何親水和避水的？
    水會影響蛋白質摺疊方式，這一假設長期存在。然而，一項新研究對該假設的細節提出了挑戰。近日，發表在《物理化學快報》上的一篇論文表明：蛋白質可能會通過某種特殊的摺疊方式避開水。這一發現或將改變科學家們對溶液中疏水、親水相互作用的看法。
  • 新技術丨可實現親水疏水性轉換!這款棉織物厲害了
    近日，四川大學趙長生教授課題組利用離子液體聚合物（PIL）通過離子交換可以實現親水－疏水性質轉換的特性，製備了親疏水性可切換的雙向油水分離材料。研究人員以棉織物為基材，首先將PIL以自由基聚合的方式接枝在氧化石墨烯（GO）片層上，之後通過塗覆的方式將由PIL改性的GO引入到棉織物的纖維表面。