从“沙漠求生”到“城市集水”——解析沙漠甲虫带来的材料革命

搁浅

从“沙漠求生”到“城市集水”——解析沙漠甲虫带来的材料革命（Doi:10.1002/dro2.29）

【开篇引入】

全球超过20亿人面临缺水危机，而**沙漠甲虫却能在相对湿度不足15%的极端环境中“凭空取水”。这种生物智慧，正被科学家转化为可规模化应用的人工集水材料。

【生物原型】

沙漠甲虫背壳呈“疏-亲”双相微结构：

疏水区：覆盖蜡质微凸起（接触角>150°），雾滴撞击后弹跳；

亲水区：**亲水斑块（接触角<30°），雾滴快速成核并汇聚。

雾滴经“捕获-聚并-脱落”三步，在重力作用下沿甲虫背部滚落至口器。

【技术转译】

表面设计：采用飞秒激光在铜箔表面构建超疏水基底，再以掩膜光刻蚀出超亲水“星形”阵列，实现>2 g cm⁻² h⁻¹的集水效率（Bai et al., Adv. Mater. 2014）。

工艺升级：一步激光诱导周期性微纳结构（LIPSS）结合氟硅烷修饰，可在1 m²级不锈钢表面完成图案化，户外测试30天效率衰减<5%。

系统整合：将甲虫表面与3D打印锥形阵列（仿仙人掌）耦合，构建双梯度驱动力，实现风速0.5 m/s下连续集水。

【应用前景】

干旱地区居民屋顶集水系统

数据中心冷却塔补水

海上平台淡水补给

【结语】

沙漠甲虫用4000万年进化出的“微图案”，为人类打开了高效、被动、零能耗集水的大门。下一步，耐候性与低成本制备将是走向产业化的关键。