从空气中获取淡水——“大气水 harvesting”——是解决缺水地区水资源问题的前沿方向。其中,设计能高效促进露水凝结的“功能表面”是技术核心。受自然界启发的“仿生结构”与“矿物诱导成核”策略相结合,使得“石灰石”基材料在此领域展现出应用潜力。

该技术旨在模仿沙漠甲虫背部或蜘蛛丝的结构,构建亲水-疏水图案化表面或具有特殊微观结构的表面,以增强水汽凝结和收集效率。“石灰石”(CaCO₃)的参与方式如下:
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作为仿生结构的基元:通过仿生矿化,可以制备出具有特定微观形貌(如纳米片堆叠、多级孔道)的碳酸钙涂层。这些结构能提供巨大的成核位点,并通过毛细作用力快速将凝结的水滴输走,为后续水滴的继续凝结腾出空间。
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提供亲水性与成核位点:碳酸钙本身是亲水材料,其晶体表面易于吸附水分子,降低水汽凝结所需的能量势垒,即起到“矿物诱导成核”的作用。将其与疏水聚合物复合,可以构建高效的结露功能表面。
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功能化修饰的基底:石灰石基涂层可以作为平台,进一步负载吸湿性盐类(如LiCl、CaCl₂)或光热材料,开发出吸附-解吸型或太阳能驱动的主动式大气水收集系统。

例如,在建筑物的外墙或特定集水装置表面,涂覆一层具有仿生微纳结构的石灰石基复合材料。在夜间,它能高效地促进露水凝结和收集;在白天,其表面特性有助于减少水分蒸发损失。这种将天然矿物与先进仿生工程相结合的策略,为开发低成本、高效率的“大气水 harvesting”技术开辟了新途径。