● 摘要
水资源是人类赖以生存和发展的物质基础，是一切生命的起源。然而，随着经济的飞速发展和世界人口的爆发式增长，全球的水资源供应陷入了前所未有的危机。为了缓解严峻的水资源问题，世界各国将目标纷纷转向非传统水资源的开发，其中最常见的有海水淡化和污水再生等技术。然而，这些方法在取得了一定成效的同时也暴露出了诸如能耗巨大、工序繁琐、设备复杂等弊端。近年来，作为一种新型获取可用水的有效途径，雾水收集技术因其环保、简便、低耗等优势越来越受到科学家和工程师的广泛关注。目前，已有多种天然或人造雾水收集器用于雾水收集。特别地，受自然界中仙人掌和蜘蛛丝的启发，科研工作者们研究发明了多种仿仙人掌锥刺和类蜘蛛丝纤维结构的雾水收集器件。然而，现存的雾水收集器大多都是依赖风速或是雾气流来实现高效连续雾气收集的，这与自然环境中有雾少风的情况不相吻合。因此，如何实现在静风速的条件下进行主动且连续高效的雾水收集已经成为本领域研究人员急待解决的问题之一。
在这一形势与背景下，本论文秉承向自然学习的理念，结合以往雾水收集的经验，仿生构筑出了能够进行主动且高效连续雾水收集的智能表面，具体内容如下：
一，在仙人掌锥刺结构的启发下仿生制备出了类仙人掌锥形阵列。通过简单的机械打孔和模板复型两步法制备出了具有规则排布的类仙人掌锥形阵列结构，对该表面的雾水收集过程进行了详细表征，并探究了雾气流速度对雾水收集效率的影响。
二，磁性圆锥阵列的仿生构筑及其雾水收集研究。通过对上一步制备方案进行整合改进，我们成功构筑出了具有磁响应性的仿生圆锥阵列表面。通过表征该表面的磁性和雾水收集能力，发现其可在静风速环境下实现高效连续的主动雾水收集。本研究利用简单的办法实现了规模化制备主动雾水收集表面，为高效连续的雾水收集提供了新的思路，此外，还可以将其利用于去除雾霾、油雾吸附、灰尘过滤等研究领域。