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扬大学生团队研发海上淡水“收集器”获全国大奖

来源:扬州日报-扬州网  发布时间:2020/10/22

通讯员 戴君 彭志全 记者 乔云

记者从扬州大学了解到,在近日举行的第十三届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中,该校大学生项目《面向深海资源开发的仿蜘蛛丝捕雾集水纤维》获得一等奖。据介绍,该项目研发出的新型纤维,可在高湿度的环境下吸收淡水,为深海资源开发中便携、绿色、无能耗的淡水供应问题提供了解决思路。

历时两年

扬大学生研发新型“吸水海绵”

海洋资源是国家重要的战略性资源。近年来,我国不断加大对海洋资源开发利用的力度。在深海资源开发过程中,工作人员经常要远离陆地开展工作,如何保证他们工作期间的淡水供应是一个必须解决的关键问题。

常用的海水淡化设备,体积大、重量重,且需要配套相应的电力供应设备为之提供电源。但深海开发工作人员很难随身携带这些大型的制淡设备,而仅靠随身携带的淡水,又难以维持长时间的生活供应。

“我们想为这些工作人员开发一种便携、绿色、无能耗的海上制淡装置,为他们登岛工作提供可靠的生活淡水供应。”项目负责人、大三学生芮迁宸介绍,科学家们发现,蜘蛛丝是一种无能耗、可持续的环境友好型天然捕雾集水材料。通过模仿蜘蛛丝结构和表明润湿特性,制得具有高效捕雾集水性能的人工集水纤维,已成为深海制淡研究领域广泛关注的前沿热点。“现有仿蜘蛛丝结构人工集水纤维的制备方法众多,包括电纺丝法、溶液涂覆法等,但仍存在着工艺复杂、可重复性差、集水效率欠佳等问题。”

为此,团队将“仿蜘蛛丝纤维”作为研究方向,历经近两年的攻关,团队基于微流控纺丝技术,引入互溶性高强度纤维流体,成功实现了仿蜘蛛丝集水纤维纺锤结构的一步成型。同时,该纤维可通过纺锤表面粗糙度获得梯度润湿性,并与自身曲率梯度耦合作用,实现双效快速定向集水,具有多种湿度条件下的高效集水性能。

“这个纤维的集水原理主要有两个,一是由纤维表面上粗糙度的差异引起的表面能梯度,二是纺锤结构的几何形貌引起的压力差。”芮迁宸解释说,团队研发的仿蜘蛛丝纤维就像是一块海绵,既可以快速吸水,又能够自动将水排出。

方便高效

可随身携带,一小时吸收200毫升淡水

昨天,记者见到了这种海上淡水收集装置。从外观来看并不复杂,就像是一个普通的水杯加装了特殊的“天线”。

“这可不是普通的‘天线’,而是由8根仿蜘蛛丝纤维布置成簇网状结构的集水装置,放在高湿度的环境下,这‘天线’就会像海绵一样,自动吸收淡水并排到水杯中。”芮迁宸介绍,该装置的集水效率能达到200毫升每小时,10小时的工作时间可以获得2L的淡水量,基本满足一名成年工作人员一天的淡水需求量。“该装置还可以折叠收纳,随身携带,操作很简单,方便实用。”

“这次比赛是一次重要的人生历练,让我学会在实践中探索与检验真知。我深深认识到,持之以恒、坚持到底的心态与努力是成功必不可少的条件。”芮迁宸介绍,该装置已经成功申请了国家发明专利,取得了阶段性成果,但在实践中团队发现纤维结构与表面性润湿设计对于其性能的强化效果仍有进一步优化空间,未来团队将继续深入开展研究。

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