Biomimetic Superhydrophobic Surfaces Efficiently Harvest Fog by Leveraging the Triboelectric Phenomenon

摩擦电效应 材料科学 能量收集 纳米技术 莲花效应 纳米尺度 仿生材料 纳米机器人学 机械能 工作(物理) 电场 仿生学 磁滞 电压 纳米机电系统 曲面(拓扑) 领域(数学)
作者
Hongde Zhu,Junlan Liang,Dalong Hu,Yihang Zhang,J. A. Wang,Yuanmeng Zhou,Tianrui Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (1): 2939-2950
标识
DOI:10.1021/acsami.5c16703
摘要

Fog harvesting presents a promising solution to water scarcity, yet its efficiency on passive surfaces is inherently constrained by the trade-off between droplet capture and removal. Herein, we report an active strategy that synergistically integrates a biomimetic superhydrophobic surface (MMC-T) with a triboelectric effect for on-demand droplet shedding. Inspired by the desert beetle and lotus leaf, our surface incorporates nanoscale hydrophilic domains to promote condensation. Crucially, a subsurface triboelectric layer, activated by mechanical motion, generates an asymmetric electric field to drive droplet removal. This active control enables a remarkable fog harvesting rate of 10.74 ± 0.35 kg·m-2 ·h-1, which represents a 44.16% increase compared to the passive mode. Moreover, we demonstrate a portable device powered by biomechanical energy (e.g., walking), highlighting its potential for practical decentralized water collection. This work represents a paradigm shift from passive to active water harvesting and paves the way for next-generation fog harvesters.
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