纺锤节微纤维的微流控制备及集水机制的研究进展

摘要

淡水资源紧缺困扰着全球2/3的人口,已经成为一个世界性难题。自然界中,蜘蛛丝独特的周期性纺锤节结构和化学成分使其能从雾气中收集水分,这促使研究人员开发具有高集水效率的仿蛛丝纺锤节微纤维材料,并探索其集水机理。制备纺锤节微纤维的常见方法,如浸涂法、流体涂层法、静电纺丝法,均难以对纺锤节微纤维的尺寸和形状等微观形貌进行自由调控,限制了纺锤节微纤维在集水领域的应用。微流控纺丝技术具有灵活可控,安全稳定,能组装多种材料等优势。因此,近年来使用微流控纺丝技术可控制备纺锤节微纤维逐渐成为研究热点。目前,使用微流控制备仿蛛丝微纤维的方法主要为气动阀微流控芯片法、基于乳液的同轴微流控法、基于多相层状流的同轴微流控法。研究者们通过对微通道内液体流速及组分的调节,实现了对纤维上纺锤节的大小、间距、表面粗糙度等的调控。并探究了不同条件下纺锤节微纤维集水性能的差别,以研究集水机制及提升集水效率的方法。本文系统综述了微流控制备纺锤节微纤维在集水领域的研究进展,介绍了蛛丝的集水过程,微流控制备纺锤节微纤维的工艺,重点阐述了纺锤节微纤维的集水机制及集水性能,以期对新型纺锤节微纤维材料的可控制备及集水应用提供科学指导。