Effects of Engineered Wettability on the Efficiency of Dew Collection

润湿 露水 材料科学 过冷 接触角 冷凝 磁滞 成核 化学工程 纳米技术 复合材料 热力学 传热 量子力学 物理 工程类
作者
Konstantinos Gerasopoulos,William L. Luedeman,Emre Ölçeroǧlu,Matthew McCarthy,Jason J. Benkoski
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (4): 4066-4076 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acsami.7b16379
摘要

Surface wettability plays an important role in dew collection. Nucleation is faster on hydrophilic surfaces, while droplets slide more readily on hydrophobic surfaces. Plants and animals in coastal desert environments appear to overcome this trade-off through biphilic surfaces with patterned wettability. In this study, we investigate the effects of millimeter-scale wettability patterns, mimicking those of the Stenocara beetle, on the rate of water collection from humid air. The rate of water collection per unit area is measured as a function of subcooling (ΔT = 1, 7, and 27 °C) and angle of inclination (from 10° to 90°). It is then compared for superbiphilic, hydrophilic, hydrophobic, and surperhydrophobic surfaces. For large subcooling, neither wettability nor tilt angle has a significant effect because the rate of condensation is so great. For 1 °C subcooling and large angles, hydrophilic surfaces perform best because condensation is the rate-limiting step. For low angles of inclination, superhydrophobic samples are best because droplet sliding is the rate-limiting step. Superbiphilic surfaces, in contrast to their superior fog collecting capabilities, generally collected dew at the slowest rate due to their inherent contact angle hysteresis. Theoretical considerations suggest that this finding may apply more generally to surfaces with patterned wettability.
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