前言
水是自然环境中最丰富的资源，但人类能利用的淡水资源却非常有限。海水淡化和废水处理技术被认为是目前缓解淡水危机最有效的途径，但技术适用性、操作复杂性和成本效益等阻碍了这些成熟技术的应用和推广。
为了有效地从雾气中获取水，大自然中一些动植物进化出其特殊结构。被誉为"沙漠英雄花"的仙人掌通过其多重生物结构，实现液滴在表面的定向移动[1]。
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1.仙人掌集水机理
仙人掌的针状棘和毛簇在茎干表面均匀分布，单簇中包含较多针状棘。单个针状棘由三个具有不同结构特征的部分组成，尖端包含定向倒钩，中间包含梯度槽，基部包含带状结构的毛状体。
定向倒钩上随着集水过程的进行，液滴1向倒钩底部移动，并与液滴2结合，，形成较大的液滴1+2（图a）；水滴通过连续的生长聚合，液滴1+2进一步与液滴3结合沉积在相邻的倒钩上；随着沉积的继续，水滴尺寸增大；尖端液滴聚集并沿针状棘向底端运动（图b），到达毛簇底部时，相邻针状棘形成锥形的内表面，产生很强的毛细力，当液滴接触到毛簇时会被迅速吸收（图c）[2]。
江雷等人提出了一种潜在的机制。"沉积"最初发生在倒刺和针状棘上，水滴向底端运动；随着沉积的进行和水滴的结合，这些水滴的大小增加，从倒钩的底端离开（"收集"）；然后，较大的液滴沿着凹槽进一步输运（"输运"），并通过针状棘底部的毛孔被吸收（"吸收"）[3]。
2.仿生集水材料
1.静电纺丝是一种利用强电场将聚合物流体抽成细丝的过程。基本的纺丝装置由喷嘴、高压电源、聚合物流体容器和电极组成。Guo等使用细银针作为基底，用静电纺丝技术将聚合物纤维"缠绕"其上，制备出人造仙人掌刺。将制备好的人造仙人掌刺均匀地插在海绵球上，随后置于雾气环境下收集水。人造仙人掌刺表面的多级沟槽结构使得固液气三相接触线被多重划分，造成水珠的整体拉普拉斯力显著增加。在含有小液滴的雾气中，小液滴在针尖处被捕获、富集并向针的底端迁移。在15min内收集到1.3ml的液体水[4]。
2.利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）和磁性颗粒（MPs）在外部磁场下的改进的磁性颗粒辅助成型（MPAM）方法来制备仙人掌脊柱状锥形微尖端阵列。为了控制微尖端的结构形态，将PDMS与MP的重量比调节至合适的值。并且，当PDMS与MP的重量比为2：1时，被证明是获得仙人掌脊柱状疏水性锥形微尖端的最佳值。通过“融合”和“运动”过程，水滴倾向于在拉普拉斯压差的驱动下向圆锥形微尖端的底部移动[5]。
结束语
拥有强大雾水收集能力的大自然生物为解决世界性的缺水问题提供了新的思路，通过模仿这些动植物的结构特征，采用现代化学处理方法制备出具有雾水收集能力的功能材料是目前从环境中快速获取淡水的潜在替代方案，对于一些偏远和欠发达地区的淡水供应问题具有重要意义。
参考文献：
[1]周威,陈立,杜京城,谭陆西,董立春,周才龙.仿生雾水收集材料：从基础研究到性能提升策略[J].化工学报,,71(10):-.
[2]宋云云.仿生结构化石墨烯多功能表面的制备及集水性能研究[D].吉林大学,.
[3]XIEX,ZHOUYL,BIHC,et.Large-rangecontrolofthemicrostructuresandpropertiesofthree-dimensionalporousgraphene.ScientificReports.
[4]陈振,张增志,杜红梅,王晗,王立宁,丛中卉,吴浩平.仿生材料在集水领域应用的研究现状[J].材料工程,,48(03):10-18.
[5]ZhuHaiandGuoZhiguangandLiuWeimin.Biomimeticwater-collectingmaterialsinspiredbynature.[J].Chemical
