● 摘要
受大自然中仙人掌、蜘蛛丝、甲壳虫、狗尾草等集水的启发，以及现在仿生材料热潮的高涨，我们想制备一种仿生复合梯度材料，即把仙人掌和蜘蛛丝的结构特色复合在一起，进而制备出一种兼有两者特色性能的材料：既能更加高效率的集水，又可以实现水的长程传输。
我们首次用变速梯度提拉法成功制备出多种类型的结构良好的梯度纺锤结纤维，它融合了蜘蛛丝的纺锤结和仙人掌的锥状结构，很好地实现了多种液体的长程、定点传输，以及聚合、分离现象。我们进一步分析了梯度纤维的结构形成的影响因素（溶液浓度、提拉速度、干燥等），以及结构对水滴传输距离、聚合速率等的影响，传输的机制是Laplace压和毛细吸附差引起。
另一方面我们对狗尾草的高效率集水现象进行研究，通过扫描电镜观察、集水测试及定向集水理论分析，发现其之所以可以在不同放置条件下，仍然实现水滴从狗尾草顶端定向传输到底端，是由于狗尾草本身的微纳复合多级结构所致：定向排列的小刺、纳米褶皱、微米级沟槽、锥形的基底。主要驱动力是多重Laplace压和沟槽的各向异性产生的不同滞后。
不论是狗尾草还是梯度纤维材料，它们都具有优异的集水性能，都展现出来很好的定向水传输性能，这种研究发现在集水装置、空气过滤、生物医疗等领域有潜在的应用价值。