CN109364586A - 一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法 - Google Patents

一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109364586A
CN109364586A CN201811011186.5A CN201811011186A CN109364586A CN 109364586 A CN109364586 A CN 109364586A CN 201811011186 A CN201811011186 A CN 201811011186A CN 109364586 A CN109364586 A CN 109364586A
Authority
CN
China
Prior art keywords
low power
steam
diversion pipe
collecting board
collection device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811011186.5A
Other languages
English (en)
Inventor
王晗
陶旭蕾
房飞宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201811011186.5A priority Critical patent/CN109364586A/zh
Publication of CN109364586A publication Critical patent/CN109364586A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明属于水汽收集技术领域，公开一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法。所述水汽收集装置包括水汽收集板，导流管，收集器和主体支架；水汽收集板、导流管和收集器安装在主体支架内，水汽收集板设有微沟槽，微沟槽仿照叶子脉络的形状布置在水汽收集板上，导流管位于水汽收集板和收集器之间，水汽收集板垂直于导流管，导流管的上部设有与水汽收集板对应的若干个收集口，导流管的收集口与水汽收集板相连，导流管的下部设有一个回收口，回收口位于所述收集器的上方。本发明利用激光雕刻机软件设计出流道轨迹，将基板至于激光工作平台，利用激光在亲水性材料的基板上刻蚀出微沟槽，该微沟槽具有良好的自发流动性，可以收集水汽并定向运输。

Description

一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法
技术领域
本发明属于水汽收集技术领域，更具体地，涉及一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法。
背景技术
水资源危机在全球范围内都是一个待解决的问题，如何尽可能多地利用潜在水资源引起了广泛关注。目前用于获取潜在水资源的方式包括雾滴收集和海水蒸汽冷凝淡化。而提高雾滴收集以及海水蒸汽冷凝淡化效率的关键，在于提高雾化水汽或水蒸气的凝结成滴，以及收集板的快速定向输送引流能力。
能够定向和通常自发运送液体的天然材料和仿生结构，一直是开发具有特殊润湿性和设计高效雾水收集装置的丰富灵感来源。一些主要的例子是蜘蛛丝，仙人掌脊椎，鸭子的喙，蝴蝶翅膀等等。一些蜘蛛丝在潮湿的空气中润湿后，将其形态变化为周期性纺锤结结构，使其能够定向驱动并有效地从雾中收集亚毫米级的水滴。类似地，在仙人掌中，通过仙人掌锥形刺和毛状体的良好分布实现冷凝的雾滴的定向收集。据研究这些一维结构的表面能和液滴在锥形结构上的拉普拉斯压力梯度，是定向液体输送现象的主要驱动力。一些蝴蝶翅膀的表面结构，通过创建各向异性超疏水性表面，直接驱动水滴从他们的身体离开棘轮状鳞屑。纳米布沙漠中的甲虫以图案化的湿润性，在背部收集雾风中的水分，其中水滴从蜡覆盖的疏水区域定向输送到亲水性结构区域。近几十年来，通过仿生结构解决液体定向输送问题上取得了重大进展，并广泛应用于水汽收集装置中。
目前的水汽装置多采用软光刻制造获得具有拉普拉斯压力梯度的锥形微结构，或通过化学处理等方案制造亲水疏水区域，从而实现水滴定向驱动，存在装置结构复杂，加工工序繁琐，制造成本高等问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种具有微沟槽流道的水汽收集装置。该装置结构简易，加工工序简单，制造成本低。
本发明的另一目的在于提供上述具有微沟槽流道的水汽收集装置的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种具有微沟槽流道的水汽收集装置，所述水汽收集装置包括水汽收集板，导流管，收集器和主体支架；所述水汽收集板、导流管和收集器安装在主体支架内，所述水汽收集板设有微沟槽，所述微沟槽仿照叶子脉络的形状布置在所述水汽收集板上，所述导流管位于所述水汽收集板和所述收集器之间，所述水汽收集板垂直于所述导流管，所述导流管的上部设有与所述水汽收集板对应的若干个收集口，所述导流管的收集口与所述水汽收集板相连，所述导流管的下部设有一个回收口，所述回收口位于所述收集器的上方。
优选地，所述导流管的结构为直线形、相交直线形、交叉线形、曲线形、单环形或多环形。
优选地，所述微沟槽为V形结构或U形结构。
优选地，所述导流管由亲水性材料制得。
更为优选地，所述亲水性材料为PLA、PMMA或特氟龙中的一种以上。
所述的具有微沟槽流道的水汽收集装置的制备方法，包括如下具体步骤：
S1.利用solidworks软件建出微沟槽的模型，通过solidcam设计微沟槽的流道轨迹，将生成雕刻文件导入激光雕刻机中；
S2.将亲水性材料浇筑在基板上置于激光工作平台，调整基板及反光镜位置，使CO2激光管打出的激光的焦距落在基板上表面；
S3.启动激光雕刻机，通过X导轨和Y导轨的联动，调整雕刻速度和激光功率，在基板上雕刻出步骤S1所设计的微沟槽。
优选地，步骤S3中所述雕刻速度为10～60mm/s，所述激光功率为10～30W。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的水汽收集装置利用合适的亲水性基板，加工出的微沟槽能使液滴定向移动；
2.本发明水汽收集装置中在水汽收集板上制作出仿植物脉络的微沟槽，使整体流道增大了水汽收集的面积，且微沟槽具有自发定向运输液滴的能力，更加利于水汽收集，提升了雾滴收集效率。
3.本发明水汽收集装置整体结构简单，微沟槽的制作工艺简便。
附图说明
图1为基于微沟槽流道的水汽收集装置示意图。
图2为本发明的基于微沟槽流道的水汽收集板示意图。
图3为本发明的微沟槽流道中水流示意图。
图4为本发明的微沟槽的实际结构。
图5为本发明采用二轴激光雕刻制作的微沟槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
图1为具有微沟槽流道的水汽收集装置示意图，包括若干个水汽收集板1，导流管2，收集器3，主体支架4。水汽收集板1、导流管2和收集器3固定在主体支架4内；水汽收集板1垂直于导流管2，水汽收集板1设有微沟槽，所述微沟槽仿照叶子脉络的形状分布在水汽收集板1上。水汽收集板1用于收集空气中的水汽；导流管2位于水汽收集板1和收集器3之间，导流管2的上部设有与水汽收集板1对应的若干个收集口，导流管2的收集口与水汽收集板1相连，导流管2的下部设有一个回收口，所述回收口位于收集器3的上方，用于接收从水汽收集板1的微沟槽汇流下的水。
一种具有微沟槽流道的水汽收集装置的制备方法：
S1.利用solidworks软件建出微沟槽的模型，通过solidcam设计微沟槽的流道轨迹，将生成雕刻文件导入激光雕刻机中；
S2.将亲水性材料(PLA、PMMA或特氟龙)浇筑在基板上置于激光工作平台，调整基板及反光镜位置，使CO2激光管打出的激光的焦距落在基板上表面；
S3.启动激光雕刻机，通过X导轨和Y导轨的联动，调整雕刻速度和激光功率，在基板上雕刻出步骤S1所设计的微沟槽，该微沟槽具有亲水性。
将加工好的微沟槽放置在具有一定湿度的空气中，通过管道与具有微沟槽的水汽收集板相连，将收集的水导流到接收器中，即可收集空气中的水汽。
图2为具有微沟槽流道的水汽收集板示意图。其基板采用亲水性材料，微沟槽在基板表面呈仿树叶脉络形状分布，更加利于水汽的收集及汇聚。图3为微沟槽流道中水流示意图。亲水性收集板具有较大的表面能，容易聚集雾或水蒸气形成液滴，而且液滴发生亲水性铺展，保持较小的接触角，从而浸润到微沟槽内，最开始由于重力作用和液体在亲水性微槽内的毛细作用，流体发生定向流动，在最下方形成较大液滴，由于较大的液滴具有较大的曲率，从而对微沟槽流道内其他区域的小雾滴形成拉普拉斯驱动力，使得雾滴在重力和拉普拉斯压力的共同作用下被快速收集到下方，提升了雾滴收集效率。
在水汽收集板1上制作出仿植物脉络的微沟槽，增大的水汽收集的面积，且微沟槽具有自发定向运输液滴的能力，增大的水汽收集的效率。
对于V型截面，流道侧壁对液体有粘性吸附力，
其粘性强度：
毛细强度：
其中，式(1)中，η为粘度，ρ为密度，H为深度，W为宽度，g(H,W,…)是关于H和W的几何函数，式(2)中γ为液体表面张力，Ac为截面面积，Pw为润湿表面，Pf为润湿表面，
通过选取恰当亲水性材料，将微沟槽加工出合适的沟槽深度H，宽度W，使得水汽收集板具有极好的定向运输能力。通常情况下，这些材料做出的流道，等很久液滴也不会自发流动。如图4所示，但在流道形状为S形状的情况下，液体可以自发在微沟槽中定向流动，表明即使是弯曲的流道，液滴也可以在流道微沟槽内自发定向移动，液滴液体可以在较短的时间(55s)内自发流动至流道末端，流经整个流道，显示了其良好的自发定向流动性。
实施例2
激光直写法(Laser direct-writing)是一种新的微细加工技术。它可直接根据计算机CAD的数据在金属、塑料、陶瓷等材料上加工复杂的微结构，是一种非接触的加工工具，在加工微模和微流道中已经得到应用。激光直写法就是让激光通过成像系统聚焦到材料表面，通过自动控制载有材料的平台运动，将设计好的CAD图形通过烧蚀的方法复制到材料表面。该方法的特点可以在动态范围内进行全三维空间加工，对微结构设计、图案设计都有较大的柔性，可以实现打孔、线槽烧蚀、连接等多种微操作。
图5为采用二轴激光雕刻机制作微沟槽。首先，利用激光雕刻机软件设计出流道轨迹，生成雕刻文件后导入激光雕刻机中；然后，将基板至于激光工作平台，调整基板及反光镜位置，使CO2激光管打出的激光通过聚焦镜头的焦距落在基板上表面；最后，启动激光雕刻机，通过X导轨和Y导轨的联动，在基板上雕刻出所设计的微沟槽流道。通过选取合适的亲水性材料(PLA、PMMA或特氟龙)，通过改变雕刻速度(10～60mm/s)，激光功率(10～30W)等参数，在亲水性基板上刻蚀出不同形状(V形结构或U形结构)的微沟槽，该微沟槽具有良好的自发流动性，可以收集水汽并定向运输。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有微沟槽流道的水汽收集装置，其特征在于，所述水汽收集装置包括水汽收集板，导流管，收集器和主体支架；所述水汽收集板、导流管和收集器安装在主体支架内，所述水汽收集板设有微沟槽，所述微沟槽仿照叶子脉络的形状布置在所述水汽收集板上，所述导流管位于所述水汽收集板和所述收集器之间，所述水汽收集板垂直于所述导流管，所述导流管的上部设有与所述水汽收集板对应的若干个收集口，所述导流管的收集口与所述水汽收集板相连，所述导流管的下部设有一个回收口，所述回收口位于所述收集器的上方。
2.根据权利要求1所述的具有微沟槽流道的水汽收集装置，其特征在于，所述导流管的结构为直线形、相交直线形、交叉线形、曲线形、单环形或多环形。
3.根据权利要求1所述的具有微沟槽流道的水汽收集装置，其特征在于，所述微沟槽为V形结构或U形结构。
4.根据权利要求1所述的具有微沟槽流道的水汽收集装置，其特征在于，所述导流管由亲水性材料制得。
5.根据权利要求4所述的具有微沟槽流道的水汽收集装置，其特征在于，所述亲水性材料为PLA、PMMA或特氟龙中的一种以上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的具有微沟槽流道的水汽收集装置的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.利用solidworks软件建出微沟槽的模型，通过solidcam设计微沟槽的流道轨迹，将生成雕刻文件导入激光雕刻机中；
S2.将亲水性材料浇筑在基板上置于激光工作平台，调整基板及反光镜位置，使CO2激光管打出的激光的焦距落在基板上表面；
S3.启动激光雕刻机，通过X导轨和Y导轨的联动，调整雕刻速度和激光功率，在基板上雕刻出步骤S1所设计的微沟槽。
7.根据权利要求6所述的具有微沟槽流道的水汽收集装置的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述雕刻速度为10～60mm/s，所述激光功率为10～30W。
CN201811011186.5A 2018-08-31 2018-08-31 一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法 Pending CN109364586A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811011186.5A CN109364586A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811011186.5A CN109364586A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109364586A true CN109364586A (zh) 2019-02-22

Family

ID=65404155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811011186.5A Pending CN109364586A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109364586A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110614388A (zh) * 2019-09-25 2019-12-27 南京航空航天大学 一种梯度润湿刀具及其制备方法和应用
CN111252227A (zh) * 2020-02-10 2020-06-09 大连理工大学 一种水滴收集式无动力自驱动微型船
CN113789538A (zh) * 2021-11-15 2021-12-14 广东工业大学 一种带悬浮催化层的气体扩散阴极及电化学反应器
CN113877234A (zh) * 2021-10-12 2022-01-04 上海交通大学 一种低压微重力水蒸气强化冷凝收集装置
CN114828484A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 广东工业大学 一种电子封装排水装置及定向疏水结构、制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040244398A1 (en) * 2000-05-01 2004-12-09 Radermacher Reinhard K. Device for collecting water from air
CN201326191Y (zh) * 2008-12-06 2009-10-14 龙超泽 凝雾集水器
CN105536281A (zh) * 2015-12-18 2016-05-04 曹可欣 用于淡水收集设备上的空气凝水装置
CN106944165A (zh) * 2017-03-22 2017-07-14 天津大学 具有液体自驱动定向输运能力的功能界面及其方法与应用
CN206346263U (zh) * 2016-12-06 2017-07-21 新沂永新机械配件有限公司 带有水龙头的水蒸气收集装置
CN107901685A (zh) * 2017-11-02 2018-04-13 安徽金亮新型材料有限公司 一种在亚克力板绘制图案的装置及其方法
CN108104078A (zh) * 2017-12-18 2018-06-01 华中科技大学 一种基于楔形分形的树形自发定向运输收集流道结构

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040244398A1 (en) * 2000-05-01 2004-12-09 Radermacher Reinhard K. Device for collecting water from air
CN201326191Y (zh) * 2008-12-06 2009-10-14 龙超泽 凝雾集水器
CN105536281A (zh) * 2015-12-18 2016-05-04 曹可欣 用于淡水收集设备上的空气凝水装置
CN206346263U (zh) * 2016-12-06 2017-07-21 新沂永新机械配件有限公司 带有水龙头的水蒸气收集装置
CN106944165A (zh) * 2017-03-22 2017-07-14 天津大学 具有液体自驱动定向输运能力的功能界面及其方法与应用
CN107901685A (zh) * 2017-11-02 2018-04-13 安徽金亮新型材料有限公司 一种在亚克力板绘制图案的装置及其方法
CN108104078A (zh) * 2017-12-18 2018-06-01 华中科技大学 一种基于楔形分形的树形自发定向运输收集流道结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
余玉蝶: "纺织基雾中集水装置的研究与制作", 《合成纤维》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110614388A (zh) * 2019-09-25 2019-12-27 南京航空航天大学 一种梯度润湿刀具及其制备方法和应用
CN111252227A (zh) * 2020-02-10 2020-06-09 大连理工大学 一种水滴收集式无动力自驱动微型船
CN111252227B (zh) * 2020-02-10 2021-04-20 大连理工大学 一种水滴收集式无动力自驱动微型船
CN113877234A (zh) * 2021-10-12 2022-01-04 上海交通大学 一种低压微重力水蒸气强化冷凝收集装置
CN113789538A (zh) * 2021-11-15 2021-12-14 广东工业大学 一种带悬浮催化层的气体扩散阴极及电化学反应器
CN114828484A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 广东工业大学 一种电子封装排水装置及定向疏水结构、制备方法和应用
CN114828484B (zh) * 2022-04-29 2022-12-20 广东工业大学 一种电子封装排水装置及定向疏水结构、制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109364586A (zh) 一种具有微沟槽流道的水汽收集装置及其制备方法
Su et al. Hierarchical hydrophilic/hydrophobic/bumpy Janus membrane fabricated by femtosecond laser ablation for highly efficient fog harvesting
Li et al. Biological and engineered topological droplet rectifiers
Söz et al. Janus interface materials: a critical review and comparative study
CN108816702A (zh) 一种具有超疏-超亲水结构的自驱动集水表面及制备方法
Bai et al. Biomimetic “cactus spine” with hierarchical groove structure for efficient fog collection
Cui et al. Bioinspired smart materials for directional liquid transport
Lin et al. Leaf vein-inspired hierarchical wedge-shaped tracks on flexible substrate for enhanced directional water collection
Ren et al. A single-layer Janus membrane with dual gradient conical micropore arrays for self-driving fog collection
CN108104078B (zh) 一种基于楔形分形的树形自发定向运输收集流道结构
Han et al. Bio-replicated forming of the biomimetic drag-reducing surfaces in large area based on shark skin
Gao et al. Moisture and latent heat recovery from flue gas by nonporous organic membranes
CN106892399B (zh) 一种仿生水汽冷凝与收集结构及其制备方法
Xiao et al. Bioinspired two-dimensional structure with asymmetric wettability barriers for unidirectional and long-distance gas bubble delivery underwater
CN106944165A (zh) 具有液体自驱动定向输运能力的功能界面及其方法与应用
CN105905864B (zh) 一种仿猪笼草单方向液体铺展表面织构设计及其制作方法
CN112302100A (zh) 一种多生物仿生的雾水收集结构及其制备方法
Yue et al. Fog collection behavior of bionic surface and large fog collector: A review
CN108195647A (zh) 一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法
CN109626317B (zh) 一种基于双梯度锥形孔阵列的复合结构膜及其制备方法
Chen et al. Highly efficient multiscale fog collector inspired by sarracenia trichome hierarchical structure
CN104761017B (zh) 具有水下超亲气性质的气/液分离装置的制备方法和用途
Hou et al. Designing of anisotropic gradient surfaces for directional liquid transport: Fundamentals, construction, and applications
CN110330067B (zh) 一种基于泡沫金属体吸收太阳能的蒸发系统
Sun et al. Bioinspired micro-and nanostructures used for fog harvesting

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190222

RJ01 Rejection of invention patent application after publication