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3D打印仿生集水结构研究进展、不足与展望

来源:杰呈3D打印 发布时间:2025-11-12 17:25:00 浏览次数:0
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3D打印技术通过对蜘蛛丝上纺锤体和甲虫背部凸起结构进行重新设计优化,并开展表面改性等一系列深入研究,为解决干旱地区淡水资源缺乏问题提供了制备简单、成本低廉且收集效率更高的捕集雾气装置。然而,距离实际工程应用仍存在一些不足,需进一步完善相关工作,具体如下:

仿生蜘蛛网的机械强度问题

我们采用光明树脂作为原料,通过3D打印技术对蜘蛛网进行仿生制备。得益于3D打印技术对纺锤体形状的灵活把控,我们能够设计出多样化的纺锤体结构。但蜘蛛丝上的纺锤体尺寸过于微小,这导致蜘蛛网整体的机械强度不高,表现为易脆且不耐弯折。

在实际工程应用中,若要生产大面积的仿生蜘蛛网用于捕集雾气水收集,机械强度不足将成为一个严重问题。因此,我们需要进一步探究提高仿生蜘蛛网机械强度的方法。例如,可在光明树脂中添加一些能够增强机械性能的物质,以此提升仿生蜘蛛网整体的机械强度,这对于实际工程应用具有重要意义。

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集水结构表面结构的改性不足

在对仿生蜘蛛网以及仿生甲虫背进行表面改性时,我们目前仅进行了全亲水或全疏水的处理。然而,研究表明,亲/疏水区域的组合更有利于集水。这是因为集水过程分为凝聚和运输两部分,这两部分对结构的表面性能有着不同的要求。结构上亲/疏水区域的合理组合,能够使水滴的凝聚和运输变得更加高效。

受实验设备和时间的限制,我们在这一方面的研究尚存在不足。对于亲/疏水区域组合的深入研究,可以进一步提升仿生蜘蛛丝以及仿生甲虫背的集水性能,为仿生集水的实际应用提供更优异的捕雾结构与装置。因此,后续需要在这方面开展更深层次的研究。

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PVA水凝胶甲虫背的耐候性问题

我们通过复制甲虫背模板来制备PVA水凝胶甲虫背,以提高甲虫背的亲水性,进而提升其集水效率。结果显示,集水效率确实得到了大幅提升。但在干旱地区恶劣的环境中实际应用时,固化的水凝胶在耐候性上存在明显不足。长时间的暴晒可能导致固化的水凝胶萎缩和皲裂,这对实际工程应用带来了巨大挑战。

我们需要在保证集水性能的同时,对PVA水凝胶甲虫背在恶劣环境下的耐受性进行下一步研究。探索如何提高水凝胶的耐候性,使其能够在干旱地区的恶劣环境中长期稳定工作,是推动仿生集水技术实际工程应用的关键。

3D打印仿生集水结构研究取得了一定进展,但在仿生蜘蛛网机械强度、集水结构表面改性以及PVA水凝胶甲虫背耐候性等方面仍存在不足。未来,我们需要针对这些问题开展深入研究,为仿生集水技术的实际工程应用奠定坚实基础。


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