Bionic wrinkle structure for efficient water collection inspired by skin

皱纹 润湿 经济短缺 成核 机械 材料科学 计算机科学 机械工程 纳米技术 模拟 复合材料 工程类 物理 热力学 政府(语言学) 哲学 语言学
作者
Shanpeng Li,Shengjie Lai,Ruihua Zhang,Zhiguang Guo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:470: 143659-143659 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143659
摘要

Water collection from the air is a convenient and efficient solution to the freshwater shortage. However, the lack of geometry-driven structures limits the development of high-efficiency water collection devices. Therefore, we have devised a new structure with a Janus membrane that mimics skin folds, which spontaneously drive droplets in a specific direction. Theoretical analysis suggests that the wrinkling surface produces a driving force that regulates the droplet speed. And as the degree of the wrinkles' deformation increases, so does the efficiency of collecting fog. The highest water collection efficiency can reach 5.03 times that of the control group calculated by the projected area, and 2.51 times calculated by the real area. Simulations demonstrate that the geometric and wetting gradients contribute to efficient droplet removal, and the flow field altered by wrinkles is beneficial to rapid droplet nucleation, contributing to high efficiency. Even if a flexible base is simply squeezed into a wrinkle, which can also improve the fog-harvesting efficiency by 0.29 times calculated by the real area. Consequently, this bionic wrinkle can be applied to other flexible water collection structures, bringing a new dawn to the improvement of water collection efficiency.
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