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Gradient-Janus Wires for Simultaneous Fogwater Harvesting and Electricity Generation

杰纳斯 材料科学 润湿 锥面 超亲水性 纳米技术 旋转(数学) 扭矩 体积热力学 光电子学 复合材料 电气工程 计算机科学 工程类 物理 量子力学 人工智能 热力学
作者
Lieshuang Zhong,Huan Chen,Lingmei Zhu,Maolin Zhou,Lei Zhang,Dongdong Yu,Shaomin Wang,Xuefeng Han,Yongping Hou,Yongmei Zheng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (14): 10279-10287 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c01386
摘要

A Gradient-Janus wire (GJW) with a diameter of 0.3 mm has been fabricated on a large scale through liquid confined modification, enabling the opposite conical wetting phenomenon along the same orientation of the GJW, characterized by an increasing superhydrophilic region and a decreasing hydrophobic region. This property allows the GJW to exhibit controllable water hovering, transport, and pinning during fog harvesting, i.e., at a large tilting angle α of 60° (mass increased with decreased α), the GJW can hover 0.6 mg of harvested fogwater in 30 s, can transport 3 mg of fogwater along the gradient in 30 s at α = 4° (with maximal mass reaching up to 4.3 mg at α = −10°), and finally, pin the water droplet at the end of the GJW. Such ability generates an effective torque that serves as the driving force for rotation. We designed a GJWs-wheel by radially arranging 60 GJWs together, resulting in an extremely lightweight structure weighing only 1.9 g. The cumulative torque generated during fog harvesting activates the rotation of the GJWs-wheel. When loaded with a coil within a magnetic field, electricity is generated as output power peaks at around 0.25 μW while maintaining a high water harvesting efficiency averaging approximately 38 ± 2.12 mg/min. This finding is significant as it provides valuable insights into designing materials capable of efficiently harnessing both energy and water resources.
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