CN102162191B - 一种仿生淡水采集纤维的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种仿生淡水采集纤维的制备方法及其应用，具体包括步骤一：纤维的固定；步骤二：制备质量分数为5～9％的聚合物溶液；步骤三：进行提拉，产生突起节；步骤四：浸没在纳米溶液，再进行提拉，得到具有微纳米结构的仿生淡水采集纤维。本发明提出的仿生淡水采集纤维的制备方法过程简单，可操作性强，对环境无任何伤害；制备得到的纤维表面的突起节均匀可控，其表面具有更微观的突起或微孔，增加了空气水滴的碰撞几率和铺展速度，使得集水的效率得以提高。
Description
技术领域
本发明属于化学仿生技术领域，具体涉及一种仿生淡水采集纤维的制备方法及其应用。
背景技术
目前，水资源匮乏已成为世界性问题，其将严重影响国民经济的可持续发展和国家生态安全，且对人类的生存构成了极大的威胁。
根据联合国环境规划署的数据，全球干旱地区的面积约占陆地总面积的41％。而在我国，干旱地区的面积也达到了2.5×106km2，约占国土面积的1/4。并且，随着全球变暖所引起的气候异常，水资源匮乏的问题在有的地方也愈演愈烈。此外，有的沿海地区也因为面临淡水资源匮乏的局面，不得不耗费大量的能源进行海水淡化。然而与此同时，人们却注意到，即使是极度缺水的地区，在雾气中也含有大量的水份。因此，如果能够充分利用雾气中的水份，使其在某种条件下凝结并收集就有望在很大程度上解决水资源匮乏的问题。
自然界中的生物经过长期的进化过程获得了在极度缺水环境中生存的本领。仿生制备低能耗、高效率、环境友好的新型集水材料有望成为解决水资源匮乏问题的新途径。传统的集水材料一般是亲水的织物或者导热性质好的金属。例如，秘鲁政府为开发雾水资源，在该国西临太平洋的多雾地区设立了两个雾水收集站。雾水收集器用尼龙网制成，尼龙网支架下用一个大铁盘收集。其雾水收集量换算成降雨量分别是296.8毫米和165.1毫米。西班牙科学家还发明了一种由聚氨基甲酸乙酯制成的人造树，这种酚泡沫塑料吸水性能非常强，与雾的接触面积又很大，散热很快，因而能够凝聚大量的水份。我国许多生活在多雾气候地区的居民也已经开始用类似的传统集水材料从雾气中收集淡水。尽管如此，这些方法集水效率都有待提高，目前，还无法满足缺水地区的需求。
发明内容
针对现有技术中集水效率不高，无法满足广大缺水地区对水的需要，且成本高、不环保的缺陷，本发明提出一种仿生淡水采集纤维的制备方法及其应用，可以高效的收集空气中的微小水滴而使之成为淡水，并可以除雾的仿生集水纤维。
本发明提出的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维平均直径优选5～100μm，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机上。
步骤二：制备质量分数为5～9％的聚合物溶液。
将聚合物添加至溶剂中，搅拌24h以上，得到澄清透明聚合物溶液，所述的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s以上，以150～200mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min以上，得到具有突起节的纤维。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将制备得到的具有突起节的纤维浸没在纳米溶液中，浸泡时间为30s以上，然后进行慢速提拉，提拉速度小于等于50mm/min，在室温下干燥10min以上，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
所述的纳米溶液具体为纳米材料溶于有机溶剂并超声30min以上所形成的纳米溶液，质量分数为10％以上。纳米材料优选为纳米球、纳米棒、纳米颗粒或纳米管。所述的有机溶剂优选丙酮、四氢呋喃、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基乙酰胺(DMA)。
应用本发明提出的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，用于编织成仿生淡水采集纤维网，网格面积优选为0.25～1cm2，该仿生淡水采集纤维网在90％湿度下收集水滴时，水滴会在纤维上相邻突起节之间进行聚集，当水滴聚集到足够大时，在重力作用下，自动掉落，可采用收集器收集水滴。
本发明具有的优点在于：
1、本发明提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，过程简单，可操作性强，对环境无任何伤害；
2、本发明提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，所使用的聚合物具有良好的户外稳定性，不易降解，耐用，可延长使用年限；
3、本发明提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，制备得到的纤维表面的突起节均匀可控，其表面具有更微观的突起或微孔，增加了空气水滴的碰撞几率和铺展速度，使得集水的效率得以提高；
4、本发明提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，利用该制备方法制备得到的纤维网，提供了较大湿度下的集水量、耐久性和经济性。因此宜用于在滨海沙漠、海岛、远洋船只和多雾山区等，收集空气中的水滴成为可使用的淡水，以及机场、高速公路、灯塔等周围的浓雾驱散和消散，其收集淡水的成本远低于海水淡化的成本。
附图说明
图1：本发明提供的仿生淡水采集纤维制备方法的流程图；
图2-A：本发明提供的仿生淡水采集纤维在光学显微镜下的突起节纤维结构图；
图2-B：本发明提供的仿生淡水采集纤维的光学显微镜下的突起节纤维结构放大图；
图2-C：本发明提供的仿生淡水采集纤维的光学显微镜下的突起节末端表面微孔结构图；
图2-D：本发明提供的仿生淡水采集纤维的光学显微镜下的突起节中间表面微孔结构图；
图3：本发明提供的仿生淡水采集纤维突起节中间表面微凸扫描电镜图；
图4：本发明提供的仿生淡水采集纤维网的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，如图1所示，具体包括以下几个步骤：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维平均直径优选为5～100μm，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(优选为DipMaster 50型)上。所述的纤维为合成纤维、人造纤维、天然纤维或无机高分子纤维。选择合成纤维时，优选为尼龙纤维，选择人造纤维时，优选铜氨纤维，选择天然纤维时，优选蚕丝纤维，选择无机高分子纤维时，优选碳纤维。当优选为尼龙纤维时，尼龙纤维平均直径优选为15～30μm，进一步优选为18μm；当优选为铜氨纤维时，铜氨纤维的平均直径优选为30～100μm，进一步优选75μm；当优选为蚕丝纤维时，蚕丝纤维的平均直径优选为15～25μm，进一步优选为20μm，当优选为碳纤维时，碳纤维的平均直径优选为5～10μm，进一步优选为8μm。
步骤二：制备质量分数为5～9％的聚合物溶液。
将聚合物添加至有机溶剂中，搅拌24h以上，得到澄清透明聚合物溶液，所述的有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
优选的，在制备聚合物溶液中还含有挥发性溶剂(优选为丙酮或乙醇)，挥发性溶剂的质量分数满足8～15％，优选为10％。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s以上，以150～200mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥10min以上，得到具有突起节的纤维。干燥条件优选为湿度为40％～80％，温度为20～30℃，再在干燥箱中干燥10～15min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将制备得到的具有突起节的纤维浸没在纳米溶液中，浸泡时间为30s以上，然后进行慢速提拉，提拉速度小于等于50mm/min，提拉完成后，在室温下干燥10min以上，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
所述的纳米溶液具体为纳米材料溶于有机溶剂并超声30min以上所形成的纳米溶液，质量分数为10％以上，纳米材料为纳米球、纳米棒、纳米颗粒或纳米管，优选为碳纳米棒、TiO2纳米棒、SiO2纳米颗粒、ZnO纳米管。所述的有机溶剂优选丙酮、四氢呋喃、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基乙酰胺(DMA)。
利用本发明提出的方法制备的仿生淡水采集纤维的突起节的高度为30～140μm，突起节的长度为150～250μm，如图2-A和2-B。该仿生淡水采集纤维的突起节的表面为微纳米结构，当在聚合物溶液中加入8～15％的挥发性溶剂，表面呈孔状结构，如图2-C和2-D，当未在聚合物溶液中加入挥发性溶剂时，表面呈微凸结构，如图3所示。
应用本发明提出的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，用于编织成仿生淡水采集纤维网，如图4。具体方法为：将制备得到的多条仿生淡水采集纤维进行编织成网，网格面积优选为0.25～1cm2，该仿生淡水采集纤维网在95％湿度下收集水滴时，水滴会在纤维上相邻突起节之间进行聚集，当水滴聚集到足够大时，在重力作用下，自动掉落，可采用收集器收集水滴。
利用本发明提供的一种仿生淡水采集纤维的制备方法制备得到的仿生淡水采集纤维，可用于收集雾水滴或驱散浓雾。其具有高效集水或驱散浓雾的功能，能够增大空气中的水滴在突起节纤维表面聚集，同时减少空气中的水分，从而提高空气的能见度。在适合的空气湿度和温度下，水汽大量聚集在纤维突起节点之间，然后慢慢长大形成较大的水滴，当水滴足够大时，水滴受重力作用落下，汇集成为可使用的淡水。
本发明提供的仿生淡水采集纤维制备方法的步骤三中，突起节的高度长度受到聚合物浓度和提拉速度的影响。聚合物溶液浓度越大，提拉速度越大，突起节的高度和长度越大，聚合物浓度和提拉速度太大，突起节不对称；聚合物浓度越低，提拉速度越小，突起节的高度和长度越小，聚合物浓度和提拉速度过低，不会形成突起节结构。
实施例1：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径15μm的尼龙纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机-DipMaster 50型上。
步骤二：制备质量分数为5％的聚合物溶液：
将5重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于95重量份N，N-二甲基甲酰胺DMF溶剂中，搅拌24h令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以150mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为40％，温度为20℃，再在干燥箱中干燥10min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将10重量份的碳纳米棒溶于90重量份的丙酮，超声30min，形成质量分数为10％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在碳纳米管溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为50mm/min，提拉完成后，在室温下干燥10min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例2：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径5μm的碳纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为7％的聚合物溶液
将7重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于93重量份N，N-二甲基甲酰胺DMF溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为40s，以175mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为50％，温度为25℃，再在干燥箱中干燥12min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将12重量份的SiO2纳米颗粒溶于88重量份的丙酮，超声40min，形成质量分数为12％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在碳纳米管溶液中，浸泡时间为40s，进行慢速提拉，提拉速度为40mm/min，提拉完成后，在室温下干燥15min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例3：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径15μm的蚕丝纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为9％的聚合物溶液：
将9重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶解于91重量份N，N-二甲基乙酰胺DMA溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以200mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为70％，温度为25℃，再在干燥箱中干燥15min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将15重量份的ZnO纳米管溶于85重量份的乙醇，超声45min，形成质量分数为15％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在碳纳米管溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为30mm/min，提拉完成后，在室温下干燥15min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例4：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径20μm的蚕丝纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为9％的聚合物溶液
将9重量份聚四氟乙烯PTFE溶解于91重量份四氢呋喃溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以160mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为80％，温度为30℃，再在干燥箱中干燥15min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将10重量份的碳纳米棒溶于90重量份的N，N-二甲基甲酰胺DMF，超声45min，得到质量分数为10％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在碳纳米棒溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为20mm/min，提拉完成后，在室温下干燥15min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例5：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径30μm的尼龙纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为7％的聚合物溶液：
将7重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于85重量份四氢呋喃和8重量份的丙酮溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以180mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为80％，温度为30℃，再在干燥箱中干燥20min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将10重量份的TiO2纳米棒溶于90重量份的N，N-二甲基乙酰胺DMA，超声45min，得到质量分数为10％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在TiO2纳米棒溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为10mm/min，提拉完成后，在室温下干燥20min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例6：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径8μm的碳纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为7％的聚合物溶液：
将7重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶解于78重量份四氢呋喃和15重量份的丙酮溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以190mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为70％，温度为30℃，再在干燥箱中干燥20min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将10重量份的TiO2纳米棒溶于90重量份的四氢呋喃中，超声45min，得到质量分数为10％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在TiO2纳米棒溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为8mm/min，提拉完成后，在室温下干燥20min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例7：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径25μm的蚕丝纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：聚合物溶液的制备
将8重量份PTFE溶解于82重量份四氢呋喃和10重量份的丙酮溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以200mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为70％，温度为25℃，再在干燥箱中干燥20min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将15重量份的TiO2纳米棒溶于85重量份的乙醇中，超声45min，得到质量分数为15％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没TiO2纳米棒在溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为15mm/min，提拉完成后，在室温下干燥20min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例8：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径18μm的尼龙纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为7％的聚合物溶液：
将7重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶解于78重量份四氢呋喃和15重量份的丙酮溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以190mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为70％，温度为30℃，再在干燥箱中干燥20min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将10重量份的TiO2纳米棒溶于90重量份的四氢呋喃中，超声45min，得到质量分数为10％的纳米溶液。。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在TiO2纳米棒溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为8mm/min，提拉完成后，在室温下干燥20min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例9：
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径30μm的铜氨纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为9％的聚合物溶液
将9重量份聚四氟乙烯PTFE溶解于91重量份四氢呋喃溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以160mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为80％，温度为30℃，再在干燥箱中干燥15min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将10重量份的碳纳米棒溶于90重量份的N，N-二甲基甲酰胺DMF，超声45min，得到质量分数为10％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在碳纳米棒溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为20mm/min，提拉完成后，在室温下干燥15min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例10
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径100μm的铜氨纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机-DipMaster 50型上。
步骤二：制备质量分数为5％的聚合物溶液：
将5重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于95重量份N，N-二甲基甲酰胺DMF溶剂中，搅拌24h令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以150mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为40％，温度为20℃，再在干燥箱中干燥10min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将10重量份的碳纳米棒溶于90重量份的丙酮，超声30min，形成质量分数为10％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在碳纳米管溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为50mm/min，提拉完成后，在室温下干燥10min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例11
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径75μm的铜氨纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为7％的聚合物溶液
将7重量份聚偏氟乙烯PVDF溶解于93重量份N，N-二甲基甲酰胺DMF溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为40s，以175mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为50％，温度为25℃，再在干燥箱中干燥12min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将12重量份的SiO2纳米颗粒溶于88重量份的丙酮，超声40min，形成质量分数为12％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在碳纳米管溶液中，浸泡时间为40s，进行慢速提拉，提拉速度为40mm/min，提拉完成后，在室温下干燥15min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例12
步骤一：纤维的固定：
利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，纤维选用平均直径10μm的碳纤维，用丙酮清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将支架固定在提拉涂膜机(DipMaster 50型)上。
步骤二：制备质量分数为9％的聚合物溶液：
将9重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶解于91重量份N，N-二甲基乙酰胺DMA溶剂中，搅拌24小时令其变成澄清透明溶液，得到聚合物溶液。
步骤三：提拉产生突起节：
将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡时间为30s，以200mm/min的速度进行提拉。提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥20min，得到具有突起节的纤维。干燥条件为湿度为70％，温度为25℃，再在干燥箱中干燥15min。
步骤四：提拉增加表面微纳米结构：
将15重量份的ZnO纳米管溶于85重量份的乙醇，超声45min，形成质量分数为15％的纳米溶液。将制备得到的具有突起节的纤维浸没在碳纳米管溶液中，浸泡时间为30s，进行慢速提拉，提拉速度为30mm/min，提拉完成后，在室温下干燥15min，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维。
实施例13
本实施例将实施例1中制备得到的增加突起节并且表面是微纳米结构的尼龙纤维编织成仿生淡水采集纤维网，如图示4所示，编织成4×4的网，每根纤维长5cm，网的小格面积为1cm2左右。并采用用普通尼龙纤维制备大小相同的纤维网进行对比，将该普通的尼龙纤维制备的纤维网与本实施例中的仿生淡水采集纤维网同时放在95％湿度条件下收集水滴，水滴会在两个突起节之间聚集，当水滴涨到足够大时，在重力作用下，自动掉落，可用收集器收集水滴。
本实施例中的仿生淡水采集纤维网的总面积为25cm2，在90min内收集水的量为0.0623g，而普通纤维编织的同样大小的网在90min内收集水的量为0.0039g，说明本实施例中制备的仿生淡水采集纤维网具有比较高的集水效果。
实施例14
本实施例将实施例8中制备得到的增加突起节并且表面是微纳米结构的尼龙纤维编织成仿生淡水采集纤维网，编织成6×6的网，每根纤维长5cm，网的小格面积为0.25cm2左右。并采用用普通尼龙纤维制备大小相同的纤维网进行对比，将该普通的尼龙纤维制备的纤维网与本实施例中的仿生淡水采集纤维网同时放在95％湿度条件下收集水滴，水滴会在两个突起节之间聚集，当水滴涨到足够大时，在重力作用下，自动掉落，可用收集器收集水滴。
本实施例中的放生淡水采集纤维网的总面积为25cm2，在90min内收集水的量为0.0948g，而普通纤维编织的同样大小的网在90min内收集水的量为0.0039g，说明本实施例中制备的仿生淡水采集纤维网具有比较高的集水效果。
Claims (7)
1.一种仿生淡水采集纤维的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一：利用胶体将纤维两端水平固定在支架上，将支架固定在提拉涂膜机；
步骤二：将聚合物添加至有机溶剂中，搅拌24h以上，得到制备质量分数为5～9%的聚合物溶液；所述的有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或四氢呋喃；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯；
步骤三：将固定有纤维的支架完全浸泡在聚合物溶液中，然后以150～200mm/min的速度进行提拉，提拉完成后，将表面覆盖有聚合物的纤维进行干燥，得到具有突起节的纤维；
步骤四：将制备得到的具有突起节的纤维浸没在纳米溶液中，然后以小于等于50mm/min的速度进行提拉，提拉完成后，干燥，得到具有突起节并且表面是微纳米结构的仿生淡水采集纤维；所述的纳米溶液为有机溶剂中含有质量分数为10%的纳米材料，并超声30min以上，形成的溶液，所述的有机溶剂为丙酮、四氢呋喃、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
2.根据权利要求1所述的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中的纤维平均直径为5～100μm。
3.根据权利要求1所述的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中的纤维为合成纤维、人造纤维或天然纤维。
4.根据权利要求1所述的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，其特征在于：所述的步骤二中的聚合物溶液含有质量分数为8～15%挥发性溶剂。
5.根据权利要求4所述的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，其特征在于：所述的挥发性溶剂为丙酮或乙醇。
6.根据权利要求1所述的一种仿生淡水采集纤维的制备方法，其特征在于：所述的纳米材料为纳米球、纳米棒、纳米颗粒或纳米管。
7.一种应用权利要求1所述的方法制备的仿生淡水采集纤维编织的仿生淡水采集纤维网，其特征在于：将制备得到的仿生淡水采集纤维编织得到仿生淡水采集纤维网，该纤维网的网格面积为0.25～1cm2。
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