仿生雾水收集工程材料

近年来，淡水资源短缺已成为世界性问题。自1976年科学家们发现纳米布沙漠中的昆虫可以从雾中获取水分开始，雾水收集也逐渐成为研究者们关注的热点。本书作者从自然中获得灵感，从仿生角度出发，开发出了多种雾水收集工程材料。本书首先分析了目前全球水资源的分布现状，表明了雾水收集及开发雾水收集工程材料的必要性；接着列举了仿生雾水收集的自然原型，详细介绍了自然界中生物原型的雾水收集策略，阐述了雾水收集的基本理论，并提出了关于吸附机制的大气水收集理论模型，同时讲解了两类雾水收集体系，介绍了在非相变仿生雾水收集工程中常用到的收集基底材料的关键特性；最后围绕雾水收集的潜在应用展开论述，科学评估雾水收集应用的可行性，展望了现在乃至未来雾水收集的应用前景。

目录
第1章 绪论 1
1.1 大气水收集研究概述 3
1.2 仿生雾水收集理论发展进程 7
1.3 仿生雾水收集的仿生思路 14
1.4 仿生雾水收集性能评估.19
参考文献 22
第2章 仿生雾水收集的自然原型 30
2.1 仿生雾水收集原型植物.32
2.1.1 仙人掌 32
2.1.2 猪笼草 35
2.1.3 铁兰 37
2.1.4 其他仿生植物对象 39
2.2 仿生雾水收集原型动物 42
2.2.1 沙漠甲虫 42
2.2.2 草间妩蛛 45
2.2.3 沙漠蜥蜴 48
2.2.4 其他动物启发 50
参考文献 56
第3章 水收集的基本理论 65
3.1 雾水收集的表面成核生长 65
3.1.1 凝结成核理论概述 65
3.1.2 凝结成核的热力学 66
3.1.3 富集生长的动力学 69
3.2 表面液滴传输行为驱动力 71
3.2.1 结构梯度驱动力 72
3.2.2 化学梯度驱动力 75
3.2.3 能量输入驱动力 78
3.3 大气水收集的吸附理论.80
3.3.1 吸附模型的经典理论概述 80
3.3.2 MOFs 基水吸附-解吸附理论模型 84
3.3.3 水凝胶基水收集-水释放理论模型 86
参考文献 90
第4章 非相变仿生雾水收集体系 95
4.1 仿生雾水收集基底材料 95
4.1.1 聚合物基材料 95
4.1.2 金属基材料 101
4.1.3 无机非金属基材料 108
4.1.4 复合基材料 108
4.2 表面特殊结构的设计及制备 109
4.2.1 线状结构 109
4.2.2 凸起结构 113
4.2.3 锥形结构 116
4.2.4 纺锤结构 119
4.2.5 多结构复合 125
4.3 表面修饰化学的润湿性适配 132
4.3.1 (超)亲水化学对雾水收集的效应 133
4.3.2 (超)疏水化学对雾水收集的效应 137
4.3.3 表面润湿性梯度的化学修饰 146
4.4 结构协同化学的仿生雾水收集材料 152
4.4.1 表面异质化设计 152
4.4.2 图案化表面 163
4.4.3 Janus材料 170
4.5 仿生表面雾水收集材料的智能化设计 178
4.5.1 应力响应 178
4.5.2 磁响应 180
4.5.3 温度响应 185
4.5.4 光响应 189
4.5.5 湿度响应 190
4.5.6 环境响应 191
4.6 非相变仿生雾水收集体系发展 192
4.6.1 非相变仿生雾水收集的发展概况 192
4.6.2 从单一仿生到多元仿生的雾水收集装置 194
4.6.3 基于空气动力学的雾水收集效率 206
4.6.4 非相变仿生雾水收集的发展思考 207
参考文献 209
第5章 大气环境水收集体系 233
5.1 大气环境水收集的基本理论 233
5.1.1 基于冷却的大气环境水收集 234
5.1.2 基于吸附的大气环境水收集 235
5.2 大气环境水收集的材料设计 237
5.2.1 传统吸附材料 237
5.2.2 金属有机骨架材料 240
5.2.3 聚合物凝胶基材料 251
5.2.4 其他材料 261
5.3 相变集水的收集和释放 265
5.3.1 MOFs 基分子修饰 265
5.3.2 凝胶基分子修饰 269
5.3.3 光热物质修饰 274
5.3.4 水收集装置 278
5.4 相变大气集水的发展思考 290
参考文献 292
第6章 雾水收集的应用 309
6.1 收集水利害分析 309
6.2 微反应体系水来源 319
6.2.1 电能采集微体系 320
6.2.2 化学反应微体系 331
6.3 干旱地区水供应工业 333
6.4 未来发展机遇 342
参考文献 345
第7章 结论与展望 355
7.1 仿生雾水收集的研究现状及挑战 356
7.2 仿生雾水收集的发展前景及机遇 358
参考文献 360