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Highly Efficient Multiscale Fog Collector Inspired by Sarracenia Trichome Hierarchical Structure
Global Challenges ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-09-12 , DOI: 10.1002/gch2.202100087 Huawei Chen 1 , Tong Ran 1 , Kaiteng Zhang 1 , Dengke Chen 1 , Yang Gan 1 , Zelinlan Wang 1 , Lei Jiang 2
Global Challenges ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-09-12 , DOI: 10.1002/gch2.202100087 Huawei Chen 1 , Tong Ran 1 , Kaiteng Zhang 1 , Dengke Chen 1 , Yang Gan 1 , Zelinlan Wang 1 , Lei Jiang 2
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Fog harvesting through bionic strategies to solve water shortage has drawn considerable attention. Recently, an ultrafast fog harvesting and transport mode was identified in Sarracenia trichome, which is mainly attributed to its superslippery capillary force induced by its unique hierarchical microchannel. However, the underlying effect of hierarchical microchannel-induced ultrafast transport on fog harvesting and the multiscale structural coupling effect on highly efficient fog harvesting are still great challenges. Herein, a bionic Sarracenia trichome (BST) with an on-demand regular hierarchical microchannel is designed using a one-step thermoplastic stretching approach on a glass fiber bundle. The BST is engineered to harbor major channels confined by an inner gear pattern along with junior microchannels that are automatically assembled by the glass fiber monofilaments. The BST shows enhanced capillary condensation and fog harvesting performance, in part due to its coupling effect with a Janus membrane (JM). Hence, a highly efficient multiscale fog collector is developed, in which a gradient high-pressure field is purposely formed to improve by threefold fog harvesting performance compared with a single-scale structure. This easy manufacturing and low-cost fog collector may represent a useful tool for harvesting fog water for production and living and pave the way for further investigations.
中文翻译：
受瓶子草毛层次结构启发的高效多尺度集雾器
通过仿生策略收集雾气来解决水资源短缺问题引起了广泛关注。最近，在瓶子草毛状体中发现了一种超快的雾气收集和运输模式，这主要归因于其独特的分级微通道诱导的超滑毛细管力。然而，分层微通道引起的超快传输对雾收集的潜在影响以及高效雾收集的多尺度结构耦合效应仍然是巨大的挑战。在此，利用玻璃纤维束上的一步热塑拉伸方法设计了一种具有按需规则分层微通道的仿生瓶子草毛状体（BST）。BST 的设计目的是容纳由内齿轮图案限制的主要通道以及由玻璃纤维单丝自动组装的初级微通道。BST 显示出增强的毛细管冷凝和雾收集性能，部分原因是其与 Janus 膜 (JM) 的耦合效应。因此，开发了一种高效的多尺度集雾器，其中有目的地形成梯度高压场，与单尺度结构相比，集雾性能提高了三倍。这种易于制造且成本低廉的雾收集器可能成为收集雾水用于生产和生活的有用工具，并为进一步研究铺平道路。
更新日期：2021-09-12
中文翻译：
受瓶子草毛层次结构启发的高效多尺度集雾器
通过仿生策略收集雾气来解决水资源短缺问题引起了广泛关注。最近，在瓶子草毛状体中发现了一种超快的雾气收集和运输模式，这主要归因于其独特的分级微通道诱导的超滑毛细管力。然而，分层微通道引起的超快传输对雾收集的潜在影响以及高效雾收集的多尺度结构耦合效应仍然是巨大的挑战。在此，利用玻璃纤维束上的一步热塑拉伸方法设计了一种具有按需规则分层微通道的仿生瓶子草毛状体（BST）。BST 的设计目的是容纳由内齿轮图案限制的主要通道以及由玻璃纤维单丝自动组装的初级微通道。BST 显示出增强的毛细管冷凝和雾收集性能，部分原因是其与 Janus 膜 (JM) 的耦合效应。因此，开发了一种高效的多尺度集雾器，其中有目的地形成梯度高压场，与单尺度结构相比，集雾性能提高了三倍。这种易于制造且成本低廉的雾收集器可能成为收集雾水用于生产和生活的有用工具，并为进一步研究铺平道路。
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