具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料与超疏水-亲水表面的锥形铜针用于水雾收集的方法与流程

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种制备具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料与超疏水-亲水集成表面的锥形铜针用于水雾收集的方法。

背景技术：

具有集水性能的材料近年来受到越来越多的关注。据报道，水资源短缺是人类未来面临的紧迫问题之一。如何快速有效地从潮湿的空气中收集水分成为一个挑战。众所周知，在沙漠或临海国家，雾一般存在于湿润的大气中。自然界中的生物进化出了利于集水的表面微观结构，这给了科学家们仿生研究的灵感。仙人掌揭示了一种独特的结合锥刺加速微小液滴运输的完整的水收集系统。此外，纳米布沙漠甲虫的背部由疏水蜡质区域和亲水非蜡质区域构成的凹凸不平的背部，为它们从空气中收集饮用水提供了便利。研究表明，利用生物仿生技术在结构特征上控制材料表面的集水能力，并结合物理化学性质，是一种可行的方法。特别是在物理和化学中的多梯度之间的结合(例如，几何形状产生的拉普拉斯压差、润湿梯度等)对促进液滴运输起着重要的作用。近年来，人们利用表面形状梯度、磁激励响应、不对称润湿性、以及各向异性多孔结构与温度响应润滑流体相结合的方法，试图解决高效水雾收集的问题，实现液滴的单向输运。事实上，在单个梯度力的作用下，液滴的快速移动总是难以实现，液滴的运输受到一定长度的限制。因此，如何设计一个优异的装置来提高水雾收集效率仍然是一个很大的挑战。

通过电沉积法在原始具有光滑表面的铜针表面沉积微纳块状结构的铜表面，用砂纸将电沉积针的尖端1cm长度的表面打磨至沉积铜消失。然后，将处理过的铜针尖端通过碱氨刻蚀在表面制备氢氧化铜纳米线，利用1-十八烷基硫醇/乙醇溶液修饰，成功制备出具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面。另外，通过将将分散的水和tio2纳米粒子溶液逐滴地加入到未固化的pdms中制备具有多孔结构的硅胶块体材料，用砂纸(400目)打磨样品表面，成功制备出超疏水硅胶块体材料。将离子液体bmimpf6旋涂在超疏水表面，获得具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料。该具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针不仅在室温下具有液体的定向运输行为(从尖端运输至超尾部)，而且具有良好的水雾收集能力，在不同的角度下(0°、10°、20°、-10°、-20°)进行水雾收集，在水平放置时的效率最佳，对比原始的铜针水雾收集质量提升了大约141％。与制备的单独的具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针、具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料相比较，将具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料与超疏水-亲水集成表面的锥形铜针组合用于水雾收集，大大提高了水雾收集率。另外，在室温下放置很久后，制备的样品表面润湿性并未发生明显的变化。因此，基于稳定高效的水雾收集能力和材料表面长期稳定的润湿性，这种将亲水、滑移块体材料作为基底与超疏水-超亲水集成表面的锥形铜针组装在一起(锥形铜针垂直于基底表面放置)的水雾收集组合可以大规模推广。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种简单、方便、可工业化生产的集合具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料与超疏水-亲水集成表面的锥形铜针的水收集组合，不仅利用了材料的圆锥形貌促进液滴的移动，还结合表面化学进一步改善水收集过程中的捕捉与运输过程。解决了集水材料制备步骤繁杂、制备材料含氟等有毒物质、实用性低的问题。单独的超疏水硅胶块体材料或超疏水-亲水集成表面的锥形铜针水雾收集能力较差，二者的组合不仅可以利用超疏水-亲水集成表面的锥形铜针快速集水，还进一步结合亲水、滑移表面的硅胶块体材料加速液滴的吸收及去除，能量消耗大大降低。本发明通过简单的方法制备并设计了一种组合：具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料作为基底、超疏水-亲水集成表面的锥形铜针垂直插入基底，这种组合进一步提升了水收集效率，具有稳定的润湿性能、高效持久的水雾收集能力、可重复利用性，其有利于大规模推广和制备。

实现本发明目的的技术方案是：具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料与超疏水-亲水表面的锥形铜针用于水雾收集的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.电沉积法制备具有纳米块状结构的铜表面：首先，选取长度为3cm的铜针，为了除去铜针表面的污染物，用乙醇、去离子水分别超声清洗5-10min，然后用0.1m盐酸溶液去除氧化层，将处理过的铜针利用电化学工作站进行电沉积，其中，铜针作为阴极，铂电极作为阳极，饱和甘汞电极作为辅助电极，选取的电解液为0.5-0.7m的硫酸铜溶液，在时间-电流窗口下沉积400-600s，取出铜针，用乙醇清洗过后在氮气流下干燥1-3min；

b.在电沉积后的铜针尖端制备氢氧化铜纳米线：首先，用砂纸将电沉积铜针的尖端1cm长度的表面打磨至沉积铜消失，然后，将处理过的铜针放入0.5-1m氢氧化钠与0.03-0.05m过硫酸铵混合水溶液中刻蚀40-60min，用去离子水清洗过后放在真空干燥箱中干燥5-10min；

c.具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针制备：利用2-3mm1-十八烷基硫醇/乙醇溶液修饰步骤b中的具有氢氧化铜纳米线的部分，修饰时间为30-50s，形成了具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面；

d.具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料的制备：首先将sylgard184与固化剂按10:1的质量比混合在50ml的烧杯中，然后将直径为25nm的tio2纳米颗粒与水按1:10的质量比进行分散，将分散的水和tio2纳米粒子溶液以50-60ml/h的速度逐滴地加入到未固化的pdms中，在转速为3000-4000rpm的磁力搅拌装置中搅拌2-3h，然后将乳化液倒入聚四氟乙烯瓶中作为模具，在真空干燥箱中脱气4-5h，脱气后，将聚四氟乙烯瓶密封，置于65-70℃下4-5h，然后将固化好的pdms从聚四氟乙烯瓶中取出，置于180-190℃下2-3h，最后，用砂纸打磨样品表面，直到样品表面呈现超疏水性，将离子液体bmimpf6在3000-4000rpm转速下旋涂在超疏水表面；

e.具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料作为基底与超疏水-超亲水集成表面的锥形铜针组装在一起的水雾收集组合：取一块半径为1.5cm的具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料做为基底，将长度为3cm的超疏水-亲水集成表面的锥形铜针垂直插入块体材料，锥形铜针与地面保持水平，此组合与出雾口距离保持在4-6cm，水雾收集实验一次周期测量持续时间为1小时，用于水收集实验的加湿器的流量和速度分别约为0.0556gs-1和25cms-1，在实验中，样品周围的温度和相对湿度分别为15℃和70％。

进一步的，步骤a中，铜针在0.5-0.7m硫酸铜溶液中进行铜的沉积，电解液溶液必须混合均匀，电极装置必须清洁。

进一步的，步骤b中，铜针在0.5-1m氢氧化钠与0.03-0.05m过硫酸铵碱溶液中刻蚀，溶液必须混合均匀。

进一步的，利用2-3mm1-十八烷基硫醇/乙醇溶液进行润湿性改性时，修饰时间需要严格控制在30-50s内，保证具有纳米棒状结构的同时表现出超疏水性能。

进一步的，硅胶块体材料需要充分脱气，180-190℃高温下使水分充分蒸发，从而出现孔状结构，在砂纸打磨下表面呈现出超疏水性。

进一步的，铜针表面具有亲水-超疏水润湿梯度，尖端为超疏水性，尾部三分之二长度为亲水性，与表面具有亲水滑移性的硅胶块体材料组合用于水雾收集。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.超疏水-亲水集成表面的锥形铜针具有良好的水收集能力，每小时集水量约为2.69g，在不同倾斜角度下均有高效的水雾收集率，对比原始的铜针，超疏水-亲水集成表面的锥形铜针水雾收集率提升了大约141％；

2.单独的亲水、滑移硅胶块体材料作为基底水收集率为5.858g/h，比超疏水、疏水滑移块体成材料具有更高的集水效率；

3.将亲水、滑移硅胶块体材料作为基底与超疏水-超亲水集成表面的锥形铜针组合在一起应用于水雾收集，每块基底组装一根铜针时的收集率大约为9.05g/h，组装铜针的数量增加到六根时的收集率大约为14.19g/h；

4.制备的具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针具有良好的液体运输性，表面的laplace压差与润湿梯度促进液体的定向运输行为，减少能量消耗；

5.设计的水雾收集材料以及二者的组合同时结合了表面形貌与化学两方面，收集效率高、持久，可重复利用。

附图说明

图1：实施例1所得是具有超疏水-亲水集成表面的铜针的制备过程图和原始铜针、电化学沉积铜针、碱氨刻蚀铜针、刻蚀后硫醇修饰的铜针的电镜图和相对应样品表面上的静态水接触角图。其中图a是水雾收集装置图，图b-e分别是不同润湿性铜针的制备过程图；图f-o分别是硅胶块体材料表面、原始铜针、电化学沉积铜针、碱氨刻蚀铜针、刻蚀后硫醇修饰的铜针表面的电镜图，电镜图右上角的图是相对应样品表面上的静态水接触角图。

图2：实施例2所得是的样品表面三维轮廓图，其中图a-d是原始铜针、碱氨刻蚀铜针、刻蚀后硫醇修饰的铜针、电化学沉积铜针的表面三维轮廓图，材料表面的粗糙度分别为267nm、629nm、281nm、473nm。

图3：实施例3所得是不同润湿性铜针水收集质量图，图a是不同润湿性铜针在一个小时内的水收集质量图，图b是具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针不同倾斜角度下的水收集质量图，其中图c是液滴在超疏水-亲水集成表面的锥形铜针上定向运输示意图。

图4：实施例4所得是具有不同润湿性的铜针的水收集图，其中图a是原始铜针在0-70s内表面水滴成核、凝聚、运输的光学照片，图b和c是具有均一润湿性的超亲水、超疏水铜针表面在0-45s内，表面成型水珠逐渐变化的光学照片，图d是具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面在0-40s内，表面成型水珠逐渐发生变化的光学照片。

图5：实施例5所得是两种集水材料组合后进行水收集时的原理图、不同组合下的水收集质量图，其中，图a、b是具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料与超疏水-亲水集成表面的锥形铜针组合进行水雾收集时的原理图，过程包括雾滴的捕捉、运输以及收集。图c是具有超疏水表面的硅胶块体材料、具有疏水、滑移表面的硅胶块体材料、以及具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料(3cm×3cm)在一个小时内的水收集质量图，图d是单独的具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料、单独的一根具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针、分别组合有一根、六根具有润湿性梯度铜针的装置在连续六小时下的水收集质量图，每小时称量一次。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

实施例1

1.电沉积法制备具有纳米块状结构的铜表面：首先，选取长度为3cm的铜针，为了除去铜针表面的污染物，用乙醇、去离子水分别超声清洗5min，然后用0.1m盐酸溶液去除氧化层。将处理过的铜针利用电化学工作站进行电沉积，其中，铜针作为阴极，铂电极作为阳极，饱和甘汞电极作为辅助电极，选取的电解液为0.5m的硫酸铜溶液。在时间-电流窗口下沉积600s。取出铜针，用乙醇清洗过后在氮气流下干燥3min。

2.在电沉积后的铜针尖端制备氢氧化铜纳米线：首先，用砂纸将电沉积铜针的尖端1cm长度的表面打磨至沉积铜消失。然后，将处理过的铜针放入1m氢氧化钠与0.05m过硫酸铵混合水溶液中刻蚀60min，用去离子水清洗过后放在真空干燥箱中干燥5min。

3.具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针制备：利用2mm1-十八烷基硫醇/乙醇溶液修饰步骤b中的具有氢氧化铜纳米线的部分，修饰时间为30s，形成了具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面。

4.具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料的制备：首先将sylgard184与固化剂按10:1的质量比混合在50ml的烧杯中，然后将直径为25nm的tio2纳米颗粒与水按1:10的质量比进行分散。将分散的水和tio2纳米粒子溶液以60ml/h的速度逐滴地加入到未固化的pdms中，在转速为4000rpm的磁力搅拌装置中搅拌2h。然后将乳化液倒入聚四氟乙烯瓶中作为模具，在真空干燥箱中脱气4h。脱气后，将聚四氟乙烯瓶密封，置于65℃下4h。然后将固化好的pdms从聚四氟乙烯瓶中取出，置于180℃下2h。最后，用砂纸(400目)打磨样品表面，直到样品表面呈现超疏水性。将离子液体bmimpf6在4000rpm转速下旋涂在超疏水表面。

5.对硅胶块体材料与不同润湿性铜针的表面微观结构进行表征：其中，硅胶块体材料表面具有多孔微纳结构，tio2纳米颗粒均匀分布；原始铜针表面光滑，表面上的静态接触角约为92.49°；电化学沉积铜针表面具有块状微纳结构，表面上的静态接触角约为49°；电化学沉积针的尖端部分进行碱氨刻蚀，表面均匀分布氢氧化铜纳米针，静态接触角约为10°；对碱氨刻蚀部分进行硫醇修饰后的表面具有纳米棒结构，静态接触角约为154.99°。

实施例2

1.电沉积法制备具有纳米块状结构的铜表面：首先，选取长度为3cm的铜针，为了除去铜针表面的污染物，用乙醇、去离子水分别超声清洗5min，然后用0.1m盐酸溶液去除氧化层。将处理过的铜针利用电化学工作站进行电沉积，其中，铜针作为阴极，铂电极作为阳极，饱和甘汞电极作为辅助电极，选取的电解液为0.5m的硫酸铜溶液。在时间-电流窗口下沉积600s。取出铜针，用乙醇清洗过后在氮气流下干燥3min。

2.在电沉积后的铜针尖端制备氢氧化铜纳米线：首先，用砂纸将电沉积铜针的尖端1cm长度的表面打磨至沉积铜消失。然后，将处理过的铜针放入1m氢氧化钠与0.05m过硫酸铵混合水溶液中刻蚀60min，用去离子水清洗过后放在真空干燥箱中干燥5min。

3.具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针制备：利用2mm1-十八烷基硫醇/乙醇溶液修饰步骤b中的具有氢氧化铜纳米线的部分，修饰时间为30s，形成了具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面。

4.具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料的制备：首先将sylgard184与固化剂按10:1的质量比混合在50ml的烧杯中，然后将直径为25nm的tio2纳米颗粒与水按1:10的质量比进行分散。将分散的水和tio2纳米粒子溶液以60ml/h的速度逐滴地加入到未固化的pdms中，在转速为4000rpm的磁力搅拌装置中搅拌2h。然后将乳化液倒入聚四氟乙烯瓶中作为模具，在真空干燥箱中脱气4h。脱气后，将聚四氟乙烯瓶密封，置于65℃下4h。然后将固化好的pdms从聚四氟乙烯瓶中取出，置于180℃下2h。最后，用砂纸(400目)打磨样品表面，直到样品表面呈现超疏水性。将离子液体bmimpf6在4000rpm转速下旋涂在超疏水表面。

5.对不同润湿性铜针进行三维轮廓测试：原始铜针表面的粗糙度为267nm，碱氨刻蚀铜针表面的粗糙度为629nm，硫醇修饰铜针表面的粗糙度为281nm，电沉积铜针表面的粗糙度为473nm。

实施例3

1.电沉积法制备具有纳米块状结构的铜表面：首先，选取长度为3cm的铜针，为了除去铜针表面的污染物，用乙醇、去离子水分别超声清洗5min，然后用0.1m盐酸溶液去除氧化层。将处理过的铜针利用电化学工作站进行电沉积，其中，铜针作为阴极，铂电极作为阳极，饱和甘汞电极作为辅助电极，选取的电解液为0.5m的硫酸铜溶液。在时间-电流窗口下沉积600s。取出铜针，用乙醇清洗过后在氮气流下干燥3min。

2.在电沉积后的铜针尖端制备氢氧化铜纳米线：首先，用砂纸将电沉积铜针的尖端1cm长度的表面打磨至沉积铜消失。然后，将处理过的铜针放入1m氢氧化钠与0.05m过硫酸铵混合水溶液中刻蚀60min，用去离子水清洗过后放在真空干燥箱中干燥5min。

3.具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针制备：利用2mm1-十八烷基硫醇/乙醇溶液修饰步骤b中的具有氢氧化铜纳米线的部分，修饰时间为30s，形成了具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面。

4.具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料的制备：首先将sylgard184与固化剂按10:1的质量比混合在50ml的烧杯中，然后将直径为25nm的tio2纳米颗粒与水按1:10的质量比进行分散。将分散的水和tio2纳米粒子溶液以60ml/h的速度逐滴地加入到未固化的pdms中，在转速为4000rpm的磁力搅拌装置中搅拌2h。然后将乳化液倒入聚四氟乙烯瓶中作为模具，在真空干燥箱中脱气4h。脱气后，将聚四氟乙烯瓶密封，置于65℃下4h。然后将固化好的pdms从聚四氟乙烯瓶中取出，置于180℃下2h。最后，用砂纸(400目)打磨样品表面，直到样品表面呈现超疏水性。将离子液体bmimpf6在4000rpm转速下旋涂在超疏水表面。

5.对不同润湿性铜针进行水雾收集实验：对原始铜针、碱氨刻蚀后的超亲水性铜针、硫醇修饰后的超疏水性铜针以及具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针进行水收集实验，测量每小时收集的水的质量，其中具有润湿性梯度铜针具有最好的水收集效率。改变具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针的倾斜角度进行水收集实验，当水平放置时，水收集效率最高。

实施例4

1.电沉积法制备具有纳米块状结构的铜表面：首先，选取长度为3cm的铜针，为了除去铜针表面的污染物，用乙醇、去离子水分别超声清洗5min，然后用0.1m盐酸溶液去除氧化层。将处理过的铜针利用电化学工作站进行电沉积，其中，铜针作为阴极，铂电极作为阳极，饱和甘汞电极作为辅助电极，选取的电解液为0.5m的硫酸铜溶液。在时间-电流窗口下沉积600s。取出铜针，用乙醇清洗过后在氮气流下干燥3min。

2.在电沉积后的铜针尖端制备氢氧化铜纳米线：首先，用砂纸将电沉积铜针的尖端1cm长度的表面打磨至沉积铜消失。然后，将处理过的铜针放入1m氢氧化钠与0.05m过硫酸铵混合水溶液中刻蚀60min，用去离子水清洗过后放在真空干燥箱中干燥5min。

3.具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针制备：利用2mm1-十八烷基硫醇/乙醇溶液修饰步骤b中的具有氢氧化铜纳米线的部分，修饰时间为30s，形成了具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面。

4.具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料的制备：首先将sylgard184与固化剂按10:1的质量比混合在50ml的烧杯中，然后将直径为25nm的tio2纳米颗粒与水按1:10的质量比进行分散。将分散的水和tio2纳米粒子溶液以60ml/h的速度逐滴地加入到未固化的pdms中，在转速为4000rpm的磁力搅拌装置中搅拌2h。然后将乳化液倒入聚四氟乙烯瓶中作为模具，在真空干燥箱中脱气4h。脱气后，将聚四氟乙烯瓶密封，置于65℃下4h。然后将固化好的pdms从聚四氟乙烯瓶中取出，置于180℃下2h。最后，用砂纸(400目)打磨样品表面，直到样品表面呈现超疏水性。将离子液体bmimpf6在4000rpm转速下旋涂在超疏水表面。

5.液滴在不同润湿性铜针表面上的成核、积累、定向运输情况：(1)对于原始铜针：小雾滴被不断捕捉并逐渐积累变大，大约5s左右，液滴开始发生定向运输，从尖端运输至针的尾部，液滴在尾部不断变大，在重力作用下滴落收集；(2)对于超亲水铜针：小雾滴被不断捕捉，铜针表面逐渐形成一层水膜，铜针在大约10s左右开始从尖端移动至尾部，随着时间增长，液滴积累、滴落；(3)对于超疏水铜针：小雾滴被快速捕捉、逐渐变大，相邻液珠合并在一起，逐渐变大后滴落；(4)对于具有超疏水-亲水集成表面的锥形的铜针，液滴在尖端部分不断捕捉变大，定向移动到具有润湿性梯度部分后加速移动，在亲水性表面不断积累变大，在重力作用下滴落收集。

实施例5

1.电沉积法制备具有纳米块状结构的铜表面：首先，选取长度为3cm的铜针，为了除去铜针表面的污染物，用乙醇、去离子水分别超声清洗5min，然后用0.1m盐酸溶液去除氧化层。将处理过的铜针利用电化学工作站进行电沉积，其中，铜针作为阴极，铂电极作为阳极，饱和甘汞电极作为辅助电极，选取的电解液为0.5m的硫酸铜溶液。在时间-电流窗口下沉积600s。取出铜针，用乙醇清洗过后在氮气流下干燥3min。

2.在电沉积后的铜针尖端制备氢氧化铜纳米线：首先，用砂纸将电沉积铜针的尖端1cm长度的表面打磨至沉积铜消失。然后，将处理过的铜针放入1m氢氧化钠与0.05m过硫酸铵混合水溶液中刻蚀60min，用去离子水清洗过后放在真空干燥箱中干燥5min。

3.具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针制备：利用2mm1-十八烷基硫醇/乙醇溶液修饰步骤b中的具有氢氧化铜纳米线的部分，修饰时间为30s，形成了具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面。

4.具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料的制备：首先将sylgard184与固化剂按10:1的质量比混合在50ml的烧杯中，然后将直径为25nm的tio2纳米颗粒与水按1:10的质量比进行分散。将分散的水和tio2纳米粒子溶液以60ml/h的速度逐滴地加入到未固化的pdms中，在转速为4000rpm的磁力搅拌装置中搅拌2h。然后将乳化液倒入聚四氟乙烯瓶中作为模具，在真空干燥箱中脱气4h。脱气后，将聚四氟乙烯瓶密封，置于65℃下4h。然后将固化好的pdms从聚四氟乙烯瓶中取出，置于180℃下2h。最后，用砂纸(400目)打磨样品表面，直到样品表面呈现超疏水性。将离子液体bmimpf6在4000rpm转速下旋涂在超疏水表面。

5.具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料作为基底与超疏水-超亲水集成表面的锥形铜针组装在一起的水雾收集组合：取一块半径为1.5cm的具有亲水、滑移表面的硅胶块体材料最为基底，将长度为3cm的超疏水-亲水集成表面的锥形铜针垂直插入块体材料，锥形铜针与地面保持水平，此组合与出雾口距离保持在6cm，水雾收集实验一次周期测量持续时间为1小时，用于水收集实验的加湿器的流量和速度分别约为0.0556gs-1和25cms-1。在实验中，样品周围的温度和相对湿度分别为15℃和70％。

6.水雾收集测试:对不同润湿性铜针、硅胶块体材料、新设计的水收集组合进行水雾收集实验，测量不同润湿性块体材料每小时收集水的质量。对比不同润湿性块体材料的水收集质量，具有亲水、滑移性表面的硅胶块体材料每小时水收集质量最大；进一步将具有亲水、滑移表面的块体材料与具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针组合在一起进行水雾收集实验，每小时测量一次收集的水的质量，从一小时至六小时，组合后的装置的水收集质量明显提升。

7.水雾收集原理分析：雾滴在具有超疏水-亲水集成表面的锥形铜针表面被捕捉，超疏水部分捕捉速度较快，在圆锥状形貌下，液滴前后具有不同laplace力，促进液滴向后移动，亲水表面捕捉的液滴逐渐变大形成水膜，超疏水侧液滴移动至润湿性梯度处快速移动与亲水表面上的液滴合并后继续向后移动，当液滴接触到亲水、滑移硅胶块体材料表面后，形成稳定的水桥，加速液滴的移动，最终液滴在块体材料表面积累后，在滑移表面快速移除，此类组合大大改善了水雾收集的效果。

本发明包括碱氨刻蚀氢氧化铜纳米线、电沉积纳米块状结构的铜表面、及含有纳米二氧化钛纳米粒子的硅胶块体材料的制备等步骤。混合有纳米二氧化钛粒子的硅胶块体材料不仅具有极好的耐候性，用砂纸打磨材料表面，在室温下表现出独特的超疏水性，在其表面涂覆亲水油后具有较好的锁油能力，在长时间放置后仍具有稳定的滑动能力。对于超疏水-亲水集成表面的锥形铜针，尖端部分分布氢氧化铜纳米针，用硫醇修饰成超疏水性后，有利于雾气收集过程中的捕捉过程；后半部分的亲水段，平铺的纳米块状结构的铜表面进一步促进液滴的移动，从整体上改善了雾气收集的整体过程。单独的超疏水-亲水集成表面的锥形铜针具有良好的水收集能力，在不同倾斜角度下均有高效的水雾收集率。对比原始的铜针水雾收集率提升了大约141％。另外，将块体材料作为基底与超疏水-超亲水集成表面的锥形铜针组装在一起(锥形铜针垂直于基底表面放置)的水雾收集组合具有更加高效的水收集能力。一旦液滴通过超疏水-亲水集成表面的锥形铜针移动到块体材料表面，液滴由于材料表面的亲水性形成水桥，滑移表面加快液滴的快速移除，从而达到水收集效果。每块基底组装一根铜针时的收集率大约为9.05g/h，组装铜针的数量增加到六根时的收集率大约为14.19g/h。因此，基于稳定高效的水雾收集能力和材料表面长期稳定的润湿性，这种将亲水、滑移块体材料作为基底与超疏水-超亲水集成表面的锥形铜针组装在一起(锥形铜针垂直于基底表面放置)的水雾收集组合可以大规模推广。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。