新仿生材料可從空氣中高效收集水

　　沙漠中的仙人掌

　　科技日報北京2月25日電 （記者華凌）受沙漠甲蟲、仙人掌和豬籠草的啟發(fā)，哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）和Wyss生物工程研究所的研究人員，結(jié)合多種生物體的特性設(shè)計出一種高性能仿生材料，可更為有效地從空氣中收集水。這一方法不僅可用于解決某些地區(qū)干旱缺水的問題，也為未來仿生學(xué)發(fā)展打開了新的思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。

　　一些生物可在干旱的環(huán)境中生存，因?yàn)樗鼈円堰M(jìn)化出可從稀薄而潮濕的空氣中收集水的機(jī)制。例如納米布沙漠甲蟲，其翅膀上有一種超級親水紋理和超級防水凹槽，可從風(fēng)中吸取水蒸氣。當(dāng)親水區(qū)的水珠越聚越多時，這些水珠就會沿著甲蟲的弓形后背滾落入它的嘴中。

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)24日報道，在本質(zhì)上，新的系統(tǒng)是受沙漠甲蟲崎嶇不平的殼、仙人掌上刺的不對稱結(jié)構(gòu)和豬籠草光滑表面的啟發(fā)而設(shè)計。新材料利用這些自然系統(tǒng)的特性，再加上該研究小組開發(fā)的濕滑液體注入多孔表面技術(shù)（SLIPS），收集空氣中的水。

　　收集大氣中的水，面臨的主要挑戰(zhàn)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(jī)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(fā)現(xiàn)。

　　該論文的第一作者、博士后研究員帕克指出，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)甲蟲背部單獨(dú)的幾何形狀凸塊可便于凝結(jié)水滴，而通過詳細(xì)的理論模型優(yōu)化，并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(jié)合，他們設(shè)計出的新材料，比其他材料可在更短時間內(nèi)收集和運(yùn)輸較大的水量。如果沒有這些參數(shù)，整個系統(tǒng)將無法協(xié)同工作。

　　該論文的合著者、SEAS副院長基姆說：“目前，這項(xiàng)研究邁出了令人興奮的第一步。我們將開發(fā)出一個可以有效收集水并引導(dǎo)其流到水庫的系統(tǒng)。此外，這種方法還能用在工業(yè)熱交換器上，可顯著提高其整體能效。”