一种具有高效集水效果的铝网及其制备工艺

本发明涉及仿生新材料，具体是一种具有高效集水效果的铝网及其制备工艺。

背景技术：

1、随着经济发展和人口增加，人类对水资源的需求不断增加，且存在对水资源的不合理开采和利用，很多国家和地区出现不同程度的缺水问题。地表水中的海水约占整个水圈的97.5％，而真正能够被人类直接利用的淡水资源只占0.00768％，数量极为有限。其中，大量的水以雾气水汽的形态存在于空气中，因此，如何高效收集空气中的雾气水汽，从自然界中有限的淡水资源获取干净的水源是改善生存生活用水短缺的重要挑战。

2、目前雾气集水法分两种。第一种方法为主动式雾气水汽凝聚，包括低温表面凝聚、高压放电收集、金属有机框架吸附材料，此类主动式集水方法受限于能耗、便携性等问题。第二种方式为被动收集法，利用网状或者亲水表面来凝聚雾气粒子，网状或亲水表面研发工艺简单，便于未来产业化发展，然而，提高收集效率是此类集水方法的关键。

3、传统的雾气水汽集水多采用网状织物被动收集，如非洲某地采用钢筋搭建网格，网格上表面覆盖网状织物，下表面由收集水的毛巾覆盖，雾气水收集在毛巾中并形成可饮用水。南美洲某地区利用尼龙网做成雾水收集器，配合大铁盘收集雾水，对缓解当地干旱做出了一定贡献。然而，织物集水网集水效率低，且质地柔软，长期服役过程中易面临老化断裂、磨损断裂等问题，故亟需开发一种长效耐久的高效集水网。

4、受自然界中荷叶、稻叶、蝴蝶翅膀等生物表面超疏水现象的启发，仿生构建这种具有超高接触角且低粘附的超疏水表面，在自清洁、集水、腐蚀防护、水油分离等领域表现潜在应用价值，并为生产和生活提供便利。在超疏水表面集水方面，cn106592232b的发明专利公开了一种工业化仿生集水网面的制备工艺，将纤维缠绕在固定支架上形成纤维网格表面，然后将聚合物溶液或聚合物-无机颗粒混合溶液喷涂在所述的纤维网格表面，干燥后获得仿生集水网面。但该技术中纤维网格结构也存在老化失效风险。

5、因此，开发一种长效耐久集水网，兼具集水速度快、效率高等优点，对缓解水资源匮乏地区获取干净水源具有重要应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述问题，提供了一种具有高效集水效果的铝网及其制备工艺。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

2、一种长效耐久的高效集水用铝网，所述铝网表面设有若干激光打孔形成的微孔通道，所述激光打孔形成的激光熔融物堆积在铝网一面上形成超疏水面，所述铝网另一面经微弧氧化处理形成超亲水面。

3、本发明还公开了一种长效耐久的高效集水用铝网的制备工艺，包括如下步骤：

4、s1.对铝箔进行清洗，去除其表面灰尘及油污；

5、s2.使用激光打孔的方式对滤波进行加工，形成微孔通道；激光加工产生的激光熔融物堆积在铝箔一面形成超疏水面；

6、s3.对铝箔进行微弧氧化处理，在铝箔另一面形成具有超亲水特性的表面氧化铝膜；

7、s4.再次对铝箔进行清洗，去除残渣。

8、作为改进，所述激光加工的参数为：

9、激光波长600-900nm，频率500-1500khz、脉冲周期80-200fs。

10、作为改进，所述激光加工形成微孔通道的孔径为100-200nm，孔间距为50-200nm。

11、作为改进，所述微弧氧化处理的方法为：

12、采用硅酸钠和氢氧化钾溶液对s2所得铝箔进行恒压微弧氧化处理，使用不锈钢片和所述铝箔分别作为阴极和阳极，微弧氧化正向电压为300-600v，负向电压为100-300v，占空比10～80％，频率50～800hz，时间为5-10min。

13、作为改进，所述微弧氧化处理中硅酸钠的浓度为：3-6g/l；氢氧化钾溶液的浓度为：2-5g/l。

14、作为改进，所述微弧氧化处理中溶液的温度为10-30℃。

15、作为改进，所述s1步骤或s4步骤中，清洗依次采用纯水、无水乙醇进行清洗。

16、作为改进，所述铝箔为纯铝或铝合金箔材。

17、本发明的优点在于：

18、1.本发明的铝网两面分别设有超亲水面和超疏水面，环境中的水可以在超亲水面快速汇集，水滴在重力作用下通过微孔通道达到超疏水面后，快速脱离铝网直接掉落，在超疏水面上不会产生残留，从而达到高效快速集水的目的。2.本发明的超亲水面采用微弧氧化工艺制作而成，通过微弧氧化在表面形成具有超亲水特性的氧化铝膜，可以快速汇聚水滴，同时对环境湿度要求低，在低湿度气候下也可以有效集水。

19、3.本发明的超疏水面由激光打孔的熔融物以及微弧氧化的粗糙凸起共同构建的多级粗糙结构组合而成，无需再进一步进行有机物改性修饰处理。在节约工序节约制作成本的同时，避免有机污染物污染水质。

20、4.本发明采用铝材质具有良好的耐磨性和耐腐蚀特性，结实耐用，不易损坏，使用寿命长，可以在高盐或酸度大等恶劣环境下使用。

技术特征：

1.一种具有高效集水效果的铝网，其特征在于，所述铝网表面设有若干激光打孔形成的微孔通道，所述激光打孔形成的激光熔融物堆积在铝网一面上形成超疏水面，所述铝网另一面经微弧氧化处理形成超亲水面。

2.一种基于权利要求1所述的长效耐久的高效集水用铝网的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种具有高效集水效果的铝网的制备工艺，其特征在于，所述激光加工的参数为：

4.根据权利要求3所述的一种具有高效集水效果的铝网的制备工艺，其特征在于，所述激光加工形成微孔通道的孔径为100-200nm，孔间距为50-200nm。

5.根据权利要求2所述的一种具有高效集水效果的铝网的制备工艺，其特征在于，所述微弧氧化处理的方法为：

6.根据权利要求5所述的一种具有高效集水效果的铝网的制备工艺，其特征在于，所述微弧氧化处理中硅酸钠的浓度为：3-6g/l；氢氧化钾溶液的浓度为：2-5g/l。

7.根据权利要求5所述的一种具有高效集水效果的铝网的制备工艺，其特征在于，所述微弧氧化处理中溶液的温度为10-30℃。

8.根据权利要求2所述的一种具有高效集水效果的铝网的制备工艺，其特征在于，所述s1步骤或s4步骤中，清洗依次采用纯水、无水乙醇进行清洗。

9.根据权利要求2所述的一种具有高效集水效果的铝网的制备工艺，其特征在于，所述铝箔为纯铝或铝合金箔材。

技术总结本发明公开了一种具有高效集水效果的铝网及其制备工艺。本发明采用激光打孔方式对铝箔进行加工并形成微孔通道，激光熔融物在加工表面堆积形成粗糙结构；随后对多孔铝网进行微弧氧化处理，激光熔融物堆积一侧表面进一步形成微纳结构，无需进一步低表面物质修饰处理即可实现铝网表面超疏水，且另一侧微弧氧化表面膜具有超亲水特性。本发明制备的铝网激光加工面具有超疏水特性，另一侧经微弧氧化处理后表面氧化铝膜具有超亲水特性，集水过程中，水滴在超亲水面聚集，在重力作用下穿过微孔后达到超疏水面后直接掉落，在超疏水面不会产生残留，提高集水速度和效率。本发明所述集水铝网具有良好的耐磨、耐腐蚀特性，可有效延长其使用寿命。技术研发人员：张馨文,李浩林,肖丽丽,岳鹏飞,张国赏受保护的技术使用者：河南省科学院材料研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/20