全球淡水危機正在加劇，主要受到氣候變化、人口增長和水資源管理不當等因素的影響。目前，約有20億人生活在水資源緊張的地區，預計這一狀況將在未來幾十年內進一步惡化。與此同時，全球也面臨著日益嚴峻的能源危機。隨著工業化、城市化進程加快以及技術不斷發展，能源需求需求迅速增長，而傳統能源生產方式對環境的負面影響已變得愈發不可持續。水資源短缺和能源危機這兩個密切相關的問題，亟需開發能夠同時解決這兩大挑戰的技術。
近日，江蘇科技大學機械工程學院馮曉明副教授在《Advanced Functional Materials》上發表題為“Bioinspired Dual-Function Device Integrating Fog Harvesting and Hydro-To-Electricity Conversion for Sustainable Supply of Freshwater and Electricity”的研究論文。
該研究以仙人掌的高效霧水收集能力和瓶子草的超快速水輸送特性為啟發，結合激光加工技術（包括脊柱和凹槽結構設計）和化學改性技術（如潤濕梯度處理），創新性地設計并制造了一種協同優化的仿生霧水收集器（BFWC）。此外，通過引入高導熱率的石墨烯材料，有效解決了霧水收集過程中釋放的熱量散失問題，進一步提升了裝置的性能。在此基礎上，將BFWC與固液摩擦納米發電機（具有相同基底結構）相結合，開發出一種集霧水收集和水電轉換于一體的仿生雙功能裝置（BDFD）。
接著作者對優化設計的生霧水收集器（BFWC）和仿生雙功能裝置（BDFD）性能進行表征。實驗結果表明，優化后的BFWC結構顯著提升了霧水捕獲和輸送效率。與傳統霧水收集器相比，BFWC的霧收集效率達到48940 mg cm-2 h-1，較非仿生樣品提升了305%。同時，BDFD裝置輸出電壓達到12.5V，實現了28.9 nC的轉移電荷量，成功將霧能轉化為電能。這一成果不僅為霧能高效利用提供了新的技術路徑，更為全球范圍內的可持續水和能源解決方案開辟了可能性。
該工作得到了國家自然科學基金面上、江蘇省“青藍工程”、鎮江市基礎研究專項和江蘇科技大學“深藍人才工程”等項目的資助。
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