近年來，淡水資源短缺已成為世界性問題。自1976年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)納米布沙漠中的昆蟲可以從霧中獲取水分開始，霧水收集也逐漸成為科學(xué)家們關(guān)注的熱點。本書作者從自然中獲得靈感，從仿生角度出發(fā)，開發(fā)出了多種霧水收集工程材料。首先分析了目前全球水資源的分布現(xiàn)狀，表明了霧水收集及開發(fā)霧水收集工程材料的必要性。接著列舉了仿生霧水收集的自然原型，詳細(xì)介紹了自然界中生物原形的霧水收集策略。闡述了霧水收集的基本理論，并提出了關(guān)于吸附機制的大氣水收集理論模型。同時講解了兩類霧水收集體系，介紹了在非相變仿生霧水收集工程中常用到的收集基底材料的關(guān)鍵特性，最后圍繞霧水收集的潛在應(yīng)用展開論述，科學(xué)評估霧水收集應(yīng)用的可行性，展望了現(xiàn)在乃至未來霧水收集的應(yīng)用前景。
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目錄
第1章 緒論 1
1.1 大氣水收集研究概述 3
1.2 仿生霧水收集理論發(fā)展進程 7
1.3 仿生霧水收集的仿生思路 14
1.4 仿生霧水收集性能評估.19
參考文獻 22
第2章 仿生霧水收集的自然原型 30
2.1 仿生霧水收集原型植物.32
2.1.1 仙人掌 32
2.1.2 豬籠草 35
2.1.3 鐵蘭 37
2.1.4 其他仿生植物對象 39
2.2 仿生霧水收集原型動物 42
2.2.1 沙漠甲蟲 42
2.2.2 草間嫵蛛 45
2.2.3 沙漠蜥蜴 48
2.2.4 其他動物啟發(fā) 50
參考文獻 56
第3章 水收集的基本理論 65
3.1 霧水收集的表面成核生長 65
3.1.1 凝結(jié)成核理論概述 65
3.1.2 凝結(jié)成核的熱力學(xué) 66
3.1.3 富集生長的動力學(xué) 69
3.2 表面液滴傳輸行為驅(qū)動力 71
3.2.1 結(jié)構(gòu)梯度驅(qū)動力 72
3.2.2 化學(xué)梯度驅(qū)動力 75
3.2.3 能量輸入驅(qū)動力 78
3.3 大氣水收集的吸附理論.80
3.3.1 吸附模型的經(jīng)典理論概述 80
3.3.2 MOFs 基水吸附-解吸附理論模型 84
3.3.3 水凝膠基水收集-水釋放理論模型 86
參考文獻 90
第4章 非相變仿生霧水收集體系 95
4.1 仿生霧水收集基底材料 95
4.1.1 聚合物基材料 95
4.1.2 金屬基材料 101
4.1.3 無機非金屬基材料 108
4.1.4 復(fù)合基材料 108
4.2 表面特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計及制備 109
4.2.1 線狀結(jié)構(gòu) 109
4.2.2 凸起結(jié)構(gòu) 113
4.2.3 錐形結(jié)構(gòu) 116
4.2.4 紡錘結(jié)構(gòu) 119
4.2.5 多結(jié)構(gòu)復(fù)合 125
4.3 表面修飾化學(xué)的潤濕性適配 132
4.3.1 (超)親水化學(xué)對霧水收集的效應(yīng) 133
4.3.2 (超)疏水化學(xué)對霧水收集的效應(yīng) 137
4.3.3 表面潤濕性梯度的化學(xué)修飾 146
4.4 結(jié)構(gòu)協(xié)同化學(xué)的仿生霧水收集材料 152
4.4.1 表面異質(zhì)化設(shè)計 152
4.4.2 圖案化表面 163
4.4.3 Janus材料 170
4.5 仿生表面霧水收集材料的智能化設(shè)計 178
4.5.1 應(yīng)力響應(yīng) 178
4.5.2 磁響應(yīng) 180
4.5.3 溫度響應(yīng) 185
4.5.4 光響應(yīng) 189
4.5.5 濕度響應(yīng) 190
4.5.6 環(huán)境響應(yīng) 191
4.6 非相變仿生霧水收集體系發(fā)展 192
4.6.1 非相變仿生霧水收集的發(fā)展概況 192
4.6.2 從單一仿生到多元仿生的霧水收集裝置 194
4.6.3 基于空氣動力學(xué)的霧水收集效率 206
4.6.4 非相變仿生霧水收集的發(fā)展思考 207
參考文獻 209
第5章 大氣環(huán)境水收集體系 233
5.1 大氣環(huán)境水收集的基本理論 233
5.1.1 基于冷卻的大氣環(huán)境水收集 234
5.1.2 基于吸附的大氣環(huán)境水收集 235
5.2 大氣環(huán)境水收集的材料設(shè)計 237
5.2.1 傳統(tǒng)吸附材料 237
5.2.2 金屬有機骨架材料 240
5.2.3 聚合物凝膠基材料 251
5.2.4 其他材料 261
5.3 相變集水的收集和釋放 265
5.3.1 MOFs 基分子修飾 265
5.3.2 凝膠基分子修飾 269
5.3.3 光熱物質(zhì)修飾 274
5.3.4 水收集裝置 278
5.4 相變大氣集水的發(fā)展思考 290
參考文獻 292
第6章 霧水收集的應(yīng)用 309
6.1 收集水利害分析 309
6.2 微反應(yīng)體系水來源 319
6.2.1 電能采集微體系 320
6.2.2 化學(xué)反應(yīng)微體系 331
6.3 干旱地區(qū)水供應(yīng)工業(yè) 333
6.4 未來發(fā)展機遇 342
參考文獻 345
第7章 結(jié)論與展望 355
7.1 仿生霧水收集的研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn) 356
7.2 仿生霧水收集的發(fā)展前景及機遇 358
參考文獻 360
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