定向输水 Janus 织物基集水帆结构成形与表征

杜赵群 陈韦韦

摘 要：为解决部分地区淡水资源供应不足的问题，受自然界集水生物启发，研究了一款具有定向水运输功能的Janus集水帆，并对其结构与性能进行了表征；采用集雾装置对所制备的Janus织物进行集雾和相关性能稳定性测试，探讨了Janus织物制备参数中的具有疏水功能的氟碳化合物共聚物处理时间、高锰酸钾氧化时间、亲水整理液质量浓度和SiO2质量分数对集水效果的影响。结果表明：采用漂浮法所制备的Janus 织物耐摩擦和耐水洗性能良好，具有单向导湿性，能够使采集到的雾滴加速从织物疏水侧向亲水侧转移，从而使暴露于雾源的疏水侧保持新鲜干燥，并收集到更多雾滴。当氟碳化合物共聚物处理时间为20min，高锰酸钾氧化时间为2 h，聚醚改性硅油（亲水作用）质量浓度为80 g/L，亲水整理液中 SiO2质量分数为0.8%时，Janus织物2 h内集水量最大，为1240 g/m2。

关键词：浸润性；棉织物；Janus；纳米二氧化硅；雾收集

中图分类号：TQ352.4；TQ638；TS102 文献标志码：A 文章编号：2097-2911-（2024）01-0001-11

Structural Fabrication and Characterization of Janus-fabric Sail With Directional Water Conveyance

DU Zhaoqun*， CHEN Weiwei

（Shanghai Frontiers Science Center of Advanced Textiles， College of Textiles，Donghua University， Shanghai 201620， China）

Abstract：In order to solve the problem of insufficient freshwater supply in some regions， and inspired by nat- ural water harvesting organisms， this paper studies a Janus water harvesting sail with directional water trans- portation function， and characterizes its structure and performance. A mist collection device is used to conduct mist collection and related performance stability tests on the prepared Janus fabric. The effects of the treatment time of fluorocarbon copolymer with hydrophobic function， potassium permanganate oxidation time， hydro- philic finishing solution mass concentration， and SiO2 mass fraction on the water collection effect in the Janus fabric are explored. The results show that the Janus fabric prepared by the floating method performs well in abrasions and water washing resistance tests， and has unidirectional moisture conductivity. It can accelerate the transfer of collected droplets from the hydrophobic side to the hydrophilic side of the fabric， thereby keeping the hydrophobic side exposed to the fog source fresh and dry， and collecting more droplets. When the treat- ment time of fluorocarbon copolymer is 20 minutes， the oxidation time of potassium permanganate is 2 hours， the mass concentration of polyether modified silicone oil （hydrophilicity） is 80 g/L， and the mass fraction of SiO2 in the hydrophilicity finishing solution is 0.8%， the Janus fabric has the maximum water collection within 2 hours， which is 1240 g/m2.

Keywords：infiltration; cotton fabric; Janus; nanometer SiO2; fog collection

隨着纺织产业的转型和升级，具有特殊功能的纺织产品大量出现在人们视线中，相应纺织品的应用范围正逐渐扩大[1]。特殊浸润性纺织面料的开发，也越来越受研究人员和各个纺织企业研发青睐[2-3]。过去几十年里，水资源短缺一直是最严重的全球性危机之一，再加上全世界淡水资源分布不均，已严重威胁水资源极其匮乏的地区的生物乃至人类的生存，如何确保持续的水供应成为一大难题[4-5]。而雾中集水已被证明是解决这一问题的可行方案[6]。雾是悬浮在空气中的微米级水滴，也因此被视为在沙漠、海岸和山脉等干旱地区获取淡水的潜在资源[7]。许多干旱地区虽然十分缺乏现成的液态水，但是由于特殊的地理环境常出现大雾天气，只要在垂直于盛行风的方向布置一张大网，就可以捕捉到风中的雾滴。很早以前，就有一些公司安装许多巨大的雾收集器，然而这些聚合物网的材料和结构尚未得到充分优化，并未完全达到预期集水效果[8]。于是人们开始探讨如何提升捕雾装置集水效率。自然界中的动植物经过亿万年的进化和自然选择，其结构和功能已经达到近乎完美的程度。受自然界集水生物的启发[9]，研究人员纷纷构建出一维或二维的仿生集水材料，如类蜘蛛丝纤维[10-13]、仙人掌刺状椎体[14-17]以及纳米布沙漠甲虫表面[18-21]等。此外，荷叶的自清洁功能[22]、猪笼草的定向输送功能[23]、蝴蝶翅膀的定向导水功能[24]启发研究人员开发出了一种具有定向水运输作用的材料，即Janus材料。这种具有两种相反润湿性的结构材料，引起了科学界和工业界的广泛关注。跟仿沙漠甲虫制备的复合型润湿性图案织物不同，其润湿性差异体现在织物厚度方向上。研究人员发现，将其运用到液体的定向运输上时，出现水滴从疏水侧自发向亲水侧转移，且织物两侧润湿性差异越大，水的定向运输效果越明显，当收集到的水滴能自发从暴露于雾源的一侧向织物另一侧转移，就能维持该侧的干燥状态，从而实现雾的不间断收集。总之，具有定向水传输的织物应用在雾中集水中在人们看来是一种可行的办法。这也使得Janus膜在集雾领域具有广阔的应用前景。曹等人[25]报告了一种由疏水性铜网和超亲水棉吸收剂构建的二元合作Janus雾收集器，收集的水可以定向输送和保存，使新鲜疏水表面再生，降低了水的再蒸发率。吴等人[26]采用两步静电纺丝法，以聚丙烯腈为起始材料制备定向芯吸纤维膜。他们发现定向芯吸膜比具有均匀润湿性和相同纤维结构的膜具有更大的集水能力。多孔结构和孔径也有助于集水。疏水层和超亲水层之间孔径的变化可导致1.7倍的集水率差异。梁等人[27]通过引入聚酯织物作为中间支撑层并通过静电纺丝在其两侧沉积亲水和疏水膜制造了三层Janus织物。讨论了亲水层厚度对水定向输送的影响。赵等人[28]提供了一种制造具有优异单向透水性能的一体化Janus织物的新方法。他们将聚乙烯醇/海藻酸钠溶液通过静电纺丝直接沉积在用CaCl2溶液预处理的聚酯织物上，并与织物中的Ca2+原位螯合。原位形成的聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶涂层不仅将涤纶织物表面由疏水性转变为亲水性，而且保留了涤纶织物原有的多孔结构。黄等人[29]通过一步静电纺集水在亲水棉织物上沉积不同厚度的聚苯乙烯层，制备了双层亲水/疏水Janus织物，并系统研究了PS厚度和雾出口到织物表面的距离对集水率的影响。

这些研究表明，捕雾帆集水效率与帆表面润湿性以及表面的微观结构特征密切相关。且已知Janus织物两侧润湿性差异越大，润湿性梯度越明显，其水定向运输能力越突出。材料表面的特殊微观结构因影响物体表面润湿性进而会影响集雾效率，即疏水表面经过粗糙处理后，材料表面会表现出更加疏水性能；同样亲水表面经粗糙处理后，材料表面也会表现出更加亲水性能。本文采用多种方式先后对物体表面粗糙进行修饰处理，引入低表面能物质对棉织物进行疏水处理后，使用含 SiO2纳米颗粒的亲水硅油对棉织物进行二次改性，最终获得在织物厚度上产生润湿性差异的Janus织物，用于雾收集。

1 试验

1.1 试验原料和试剂

棉织物（105 g/m2）；聚醚改性硅油（分析纯，山东化工厂）；高锰酸钾滴定溶液（0.02 M，析标科技有限公司）；氟碳化合物共聚物（200 mL/L，红蜘蛛纳米新材料有限公司）；二氧化硅纳米颗粒（99.99%，直径为20nm，中冶新材料科技有限公司）。

1.2 试验仪器

恒温水浴锅（上海力辰邦西仪器科技有限公司）；电子天平（绍兴艾析科技有限公司）；烘箱（上海一恒科学仪器有限公司）；扫描电子显微镜（国仪量子（合肥）技术有限公司）；傅里叶变换红外光谱仪（辅光精密仪器（上海）有限公司）；马丁代尔耐磨仪（上海计量研究院）；超声波清洗机（深圳市钰洁清洗设备制造中心）；挂烫机（捷挺）。

1.3 漂浮法制备Janus 织物

1.3.1 亲水整理液的配制

将聚醚改性硅油按一定比例溶解在水中，然后在磁力搅拌器的作用下使亲水性硅油充分溶于水中；再加入直径为20nm的一定质量分数的 SiO2纳米颗粒；并再次进行磁力搅拌，使纳米颗粒均匀分散。

1.3.2 Janus织物的制备

在室温下，将棉织物完全浸入氟碳化合物共聚物溶液中一定时间，然后经自然晾干后得到疏水棉织物；再将织物浮在0.01 mol/L高锰酸钾溶液中，并在恒温水浴锅中60℃条件下处理一定时间。

将处理后棉织物氧化的一侧浮在亲水整理液表面，10 min 后，在烘箱温度为160℃下烘3 min，然后取出得到Janus织物。

1.4 Janus 织物的表征

1.4.1 外观分析

观察棉织物改性前后形态、结构变化。

1.4.2 红外光谱测试

采用FTIR对改性后的棉织物进行测试。测试条件：25±2℃ ， 空气相对湿度60±3%。

1.4.3 扫描电镜测试

在室温下，采用离子溅射仪进行镀膜处理，以5 kV的加速电压对样品表面的微观形貌进行表征。

1.4.4 接触角测试

在室温下，测量几种织物的亲水区域和疏水区域接触角。将制备好的样品放在平面上，利用注射针缓慢挤出水滴。随机在织物表面取五个不同位置进行测量，并计算平均值，最终得到所测样品的水接触角值。

1.4.5 耐摩擦性测试

将织物剪裁成38×38 mm ，然后将其放进摩擦头上，选用9 KPa 重锤。选择加计数方式，次数为10000次，转速为47.5。实验结束对样品进行集雾测试。

1.4.6 耐水洗测试

将织物剪裁成10×10 cm，放进超声波清洗机中进行洗涤。测试实验条件为：时间为10min， 温度为20℃ ， 超声强度适中，将适量清洗剂放进清洗槽后把织物放进其中开始洗涤。洗涤结束，将样品烘干，进行集雾测试。

1.5 集雾测试

为探究 Janus织物的集水性能，搭建了简易集雾装置用于定量表征集水效率。将Janus织物垂直悬挂，距离6 cm处放置可升降挂烫机并固定其高度，使雾源正对 Janus 织物正中间位置。在其正下方分别放置一个细长的集水槽以收集捕获到的水滴。以雾气喷出两小时后集水槽中收集到的水量为判定依据，为避免误差，每种织物各测试4次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 表征测试

2.1.1 外观分析

普通棉织物经氟碳化合物共聚物处理一定时间后可浮在水溶液中不被浸湿，可实现单侧改性。图1为不同润湿性的织物外观图。（a）中可以看到棉织物经疏水处理后外观无明显变化，为白色；经氧化2 h 后接触高锰酸钾溶液一侧由白色变为棕黄色，且经水洗后颜色无明显变化，可初步判断棉织物被高锰酸钾氧化，且表面生成了一层锰氧化物。将处理后棉织物氧化一侧进行親水整理，其外观也无明显变化。Ja- nus 织物的两侧如（b）、（c）两幅图，（b）为 Janus 织物亲水侧，为棕黄色，（c）为Janus织物疏水侧，为白色，不过由于疏水涂层很薄可以隐约看到其亲水侧。

2.1.2 FTIR分析

图2为原棉织物、疏水改性棉织物、疏水/氧化改性棉织物、疏水/氧化/亲水整理改性棉织物的FTIR谱图。四条曲线均出现了O-H伸缩振动峰。由于氟碳键伸缩振动频率位于1350.00-1000.00 cm-1区间，被纤维吸收峰遮盖，所以在疏水改性棉织物的曲线中观察不到明显的C-F峰；由于锰氧键红外特征峰主要位于红外光谱低频波段（<1000.00 cm-1），从红外光谱图中也无法直接观察到。与原棉织物相比，疏水棉织物以及疏水后经高锰酸钾氧化得到Janus织物的谱图均没有明显变化。和其他三条曲线相比，经疏水/氧化/亲水整理改性棉织物的曲线发生显著改变。在2868.00 cm-1处的 C-H 伸缩振动峰得到加强，以及在801.20 cm-1处出现了硅氧键的伸缩振动振动峰，说明在纤维表面成功附着了含 SiO2的亲水涂层。

2.1.3 SEM分析

图3中（a）为普通棉织物纤维表面 SEM 图，纤维之间有明显边界；（b）为经疏水改性的棉织物，观察到纤维表面变得更加粗糙，表层被附上一层薄膜，正是这层薄膜赋予织物疏水性质；（c）为疏水棉织物经 KMnO4氧化得到 Janus 织物亲水侧，可以清晰看到许多微小颗粒；（d）为 Janus 织物进一步经含 SiO2的亲水整理液处理后得到 Janus 复合织物亲水侧，纤维表面覆盖有大量的微纳米级颗粒，提高了纤维表面粗糙度。

2.1.4 接触角分析

Janus织物依靠织物两侧润湿性差异实现定向水运输，通过测量织物表面水接触角判定其浸润性。当两侧接触角值相差越大，两侧润湿性差异越明显，Janus 织物输水能力越强。图4（a）为全亲水干燥织物（普通棉织物）接触角，由于棉织物本身具有亲水性，很快被水滴润湿，但是由于纤维表面毛羽油脂的存在等，水接触角为38°;（b）为全疏水织物水接触角，其值为135° ， 说明经疏水处理后棉织物被赋予良好的疏水性质；（c）为制得的Janus织物疏水侧瞬时水接触角，为133° ， 其值与（b）相近，说明此时高锰酸钾氧化作用未影响到该层，成功保留了织物疏水侧，但由于织物的定向水运输作用，该值随着时间增加逐渐减小；（d）为Janus织物亲水侧接触角，为57° ， 说明经氧化和亲水整理液处理后，织物又恢复了其亲水性质，从而制得两侧具有相反润湿性的Janus织物。

2.2 集雾测试

2.2.1 全亲水、全疏水和 Janus织物的集水性能对比分析

为探究Janus织物集水能力，对制备的Janus 织物和其他织物分别进行2 h 集雾测试。其中 Janus织物制备参数为疏水20min、氧化2h、亲水整理液中亲水硅油浓度：80 g/L、SiO2质量分数为0.8%。由图5可知，集水效果由高到低为：Janus 织物>全疏水织物>全亲水织物。对于全亲水织物（普通棉织物），当水滴附在织物表面上，由于亲水表面特征，它们立即扩散到织物中润湿织物；随着时间的推移，固液接触位置扩散并最终覆盖整个表面，这时由于重力的作用下，织物内部的液体向下移动，最终在织物底部聚集，并落到下方槽中，集水效率才缓慢上升，但是随着织物被完全润湿，雾气在织物表面成核概率明显下降，即显示出饱和状态，集水效率又开始减慢。全疏水织物表现出不同的集水性能。当微小水滴接触疏水表面时，不会扩散到纤维基质中，相反，一般会直接停留在织物表面。若未滚落，连续沉积的液滴与先前沉积的液滴聚结变大，随着时间的推移，液滴变得越来越大，最终在重力作用下下落。但是随着表面液滴越来越多，水滴收集效率也明显减慢，雾滴在织物表面成核概率下降，织物表面液滴也达到了饱和状态。对于 Ja- nus 织物，当疏水面暴露于雾源时，一旦接触到膜表面，和全疏水层一样，会直接停留在织物表面成核，并等待聚结。随着水滴不断变大，它要么也直接受重力作用而下落，或者在润湿梯度作用下发生横向运输到达织物背面。这允许疏水层保持干燥防止織物达到饱和，随着时间延长，这种效果越明显，有助于捕获更多液滴。因此跟其他类型织物相比，Janus织物具有更高的集雾效率。

2.2.2 Janus织物制备参数对其雾水收集效果的影响

为找到 Janus织物最佳制备参数，探究了疏水处理时间、高锰酸钾氧化时间、亲水整理液中聚醚改性硅油质量浓度、SiO2质量分数对 Janus 织物集雾效果的影响。

2.2.2.1 疏水处理时间对Janus织物雾水收集效果的影响

对氟碳化合物共聚物处理时间分别为10 min、20 min、30 min，经 KMnO4氧化2 h，聚醚改性硅油质量浓度为80 g/L，SiO2质量分数为0.8%的亲水整理液处理得到的Janus织物进行2h集雾测试，并比较集水量，如图6所示。由图可知，集水效果由高到低顺序依次为：疏水处理20 min>疏水处理30min>疏水处理10min 。疏水处理时间反映的是织物表面疏水涂层厚度，处理时间过短，织物表面涂层过薄，疏水改性较弱，此时只有当亲水侧亲水性很强，才能得到Janus织物，因而集水量没有增大。且因涂层附着较浅易脱落使性能稳定性受损；处理时间过长，织物表面涂层过厚，疏水效果好，得到Janus织物两侧润湿性差异明显，但Janus织物具有定向液体运输功能的前提是位于表面的液体受到的耐静水压力大于疏水力，疏水层越厚受到的疏水力越大，越难克服，因此提高Janus织物两侧润湿性差异的关键，是保留Janus织物疏水层的前提下，尽量增大亲水侧亲水性。此外涂层越厚纤维间孔隙很可能被覆盖，液体无法进入到达亲水层，破坏了织物微孔结构。因此当疏水时间为20min，所获得的Ja- nus 织物定向液体运输能力最好，集水量最大。

2.2.2.2 KMnO4氧化时间对织物雾水收集效果的影响

对疏水处理时间为20min、氧化时间分别为0 h、1 h、1.5 h和2 h、亲水整理的硅油浓度为80 g/L、纳米颗粒质量分数为0.8%处理后的Janus织物进行2h集雾测试比较集水量，集水结果如图7所示。

由图7可知，集水效果由高到低顺序依次为：氧化2 h的Janus复合织物>氧化1.5 h的Janus 复合织物>氧化1h的Janus复合织物>未氧化Ja- nus 织物。高锰酸钾为强氧化剂，能在一定温度条件下将纤维素分子中的羟基氧化，自身被还原成二氧化锰纳米颗粒附着在纤维素表面，破坏了棉织物表面疏水涂层的同时，由于其自身表面含有70%羟基，具有亲水性，使织物恢复亲水性质，形成Janus织物的亲水侧。若疏水棉织物未经氧化直接用亲水整理液处理，织物因表面覆盖了一层亲水层，同样可以适当减小织物表面接触角，图8从左到右分别为普通棉织物、未氧化直接进行亲水整理的Janus织物和先氧化再进行亲水整理的Janus织物表面水滴润湿情况，其中普通棉织物作为对照，观察到先氧化再亲水整理能明显改善Janus织物亲水侧亲水效果。进一步进行 SEM测试结果如图9，发现经高锰酸钾氧化过的Janus织物，其表面粗糙度更大，分布均匀的亲水性MnO2纳米颗粒是减小亲水侧接触角，使其更亲水的关键原因。由于增大了Janus织物两侧润湿性差异，所以提高了Janus织物定向输水能力，从而加快捕雾效率，所以相同条件下集水量更大。若氧化时间太短，疏水层未被完全氧化，亲水改性不够，所以集水量同样有待提高。当氧化时间到达一定值时，织物表面液体所受到的耐静水压力远程毛细管力大于疏水力，使疏水侧液体迅速转移到亲水侧，以维持疏水侧干燥界面。此时若继续增加氧化时间，KMnO4会从织物一侧将其完全氧化，破坏Janus织物的疏水层，织物定向输水能力消失，集水量反而下降，因此氧化时间不宜过长。说明高锰酸钾氧化织物这一步对于增大 Janus 织物两侧润湿性差异是必不可少的，但氧化时间不能太长，最佳时间为2h。

2.2.2.3 聚醚改性硅油质量浓度对织物雾水收集效果的影响

对聚醚改性硅油质量浓度分别为0 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L，SiO2纳米颗粒浓度为0.8%的亲水整理液对氧化2h的织物进行处理得到的 Janus织物进行2 h集霧测试并比较三者集水量高低，集水结果如图10所示，其集水效果由高到低顺序依次为：80 g/L >60 g/L >100 g/L >0 g/ L 。随着整理液浓度的增大，织物集水量先增大后减小。是由于整理到织物上的聚醚改性硅油分子上含有大量亲水基团，使得织物亲水性增大，还作为黏着剂协助亲水二氧化硅附着在织物上，增大织物粗糙度。但当整理液质量浓度过大，超过一定值时，会将纤维表面原本分布均匀的MnO2纳米颗粒覆盖，使粗糙度下降；其次会造成纤维内部孔隙堵塞，改变织物表面微孔结构，使其比表面积变小，从而削弱了Janus织物定向输水能力。因此当亲水性硅油浓度为80 g/L时， Janus织物定向液体运输能力最强，集水量最大。

2.2.2.4 SiO2质量分数对织物雾水收集效果的影响

对 SiO2质量分数为0.4%、0.6%、0.8%，聚醚改性硅油质量浓度为80 g/L的亲水整理液对疏水处理20 min，氧化2h的织物进行处理得到的 Janus复合织物进行集雾测试并比较集水量，集水结果如图11所示。集水效果由高到低顺序依次为：0.8%>0.6%>0.4%。

亲水性 SiO2纳米颗粒不仅能提高织物表面粗糙度，提升 Janus 织物亲水性，而且增大织物表面比表面积，使雾滴与织物接触位点增多，有利于捕获更多液滴。图12是 SiO2质量分数分别为0.4%、0.6%、0.8%的 Janus 复合织物微观形貌图。可以观察到，SiO2质量分数为0.8%时织物表面更粗糙，纳米颗粒分布更均匀，因此相比其他质量分数，当亲水硅油中 SiO2质量分数为0.8%时，Janus 织物雾收集更快，集水量最大。

2.2.3 Janus织物的集雾性能稳定性测试

特殊润湿性纺织品在生产，运输，以及使用过程中难免会受外界干扰，进而影响其集水性能稳定性。因此其承受一些物理或化学条件的影响的能力好坏直接关系到其实用性和集水能力稳定性。本文采用对织物表面进行改性的方法来制备Janus织物，表面附着物质的稳定性很大程度上决定了集雾性能，因此进行耐摩擦性能测试，来探究表面附着物在经过摩擦以后能否保持其加速液滴定向移动的功能。此外，因为制备的 Janus 织物用途是收集雾中的液滴，会长时间处在湿度较大的环境中，而且使用过程中难免遭受机械扭住等作用，所以测试其耐水洗稳定性。

2.2.3.1 耐摩擦性能测试

对不同类型织物进行摩擦处理以后，再进行集雾测试，观察所制备的 Janus 织物性能稳定性。图13中 Janus 织物α表示对 Janus 织物亲水层进行摩擦，Janus 织物δ表示对 Janus 织物疏水层进行摩擦。结果表明经摩擦后，全亲水织物集水量上升，是因为摩擦后织物出现起毛起球现象，表面毛羽增加，增大了织物比表面积，从而增大了雾与织物碰撞概率，从而使集水量升高；全疏水织物集水量下降是因为摩擦过程中疏水涂层发生脱落，恢复织物亲水性质，雾滴与织物接触后进入织物内部，从而降低了集水量；对于Ja-nus 织物，当对其亲水侧进行摩擦后，其表面颗粒有些许脱落，但表面因毛羽增多，因此和全亲水织物类似变得更加粗糙，从而变得更亲水，增强了Janus织物定向输水能力，集水量升高；当对其疏水侧进行摩擦后，和全疏水涂层类似，因涂层脱落最终使集水量下降。总体上所制备的Janus 织物具有较好的耐摩擦性。

2.2.3.2 耐水洗性能测试

同理，织物水洗前后集水量变化结果如图14所示。由图可以看出，经过洗涤之后，全亲水织物集水量上升，是因为经洗涤以后织物发生一定程度变形，纱线间孔隙增大，雾穿过这些孔隙时，一部分会悬挂在纤维与空气接触界面而没有进入织物内部去，所以短时间内使集雾量上升，随着时间的延长，这种优势会随着织物表面液体量达到饱和而消失。全疏水织物和Janus织物收集到的水量均出现了不同程度的下降。对于全疏水织物，是因为洗涤过程中织物表面涂层发生脱落，使其疏水性削弱，集雾时，部分液滴向织物内部渗透，而没有直接落到集水槽中，所以集水量有所下降。对于Janus织物，是因为洗涤过程中织物疏水侧涂层受到损害的同时，亲水侧表面纳米颗粒等附着物也发生脱落，降低织物表面粗糙度，从而削弱Janus织物定向液体运输能力，集水量下降。但总的来说所制备的Janus织物的集雾能力仍然高于其它类型织物。

3 结论

受自然界集水生物启发，采用仿生方法，以氟碳化合物共聚物作为纳米疏水涂层，含 SiO2纳米颗粒的聚醚改性硅油作为亲水涂层，其间采用高锰酸钾溶液氧化，利用简单的漂浮法制备了一款具有定向水运输能力的Janus织物基集水帆，并对其结构和性质进行了表征。结果显示，所制备的Janus织物亲水侧呈棕色，疏水侧呈白色；与原棉织物相比，Janus 织物的红外光谱图在801.20 cm-1处出现硅氧键的伸缩振动峰，表明成功附着含 SiO2的涂层；与原棉织物相比，Janus织物表面覆盖了大量的微纳米级颗粒，表面粗糙度明显增大；经整理后，最终得到的Janus织物的亲水侧接触角为57° ， 疏水侧接触角为133° ， 说明简易漂浮整理法能够获得两侧具有相反润湿性的 Janus织物。采用雾集水装置，测试并比较Janus 织物和普通织物的捕雾效率，进行单因素试验，优化相关参数获得了集水效率最高的一款捕雾帆，雾水收集量可达到1240 g/m2。与以往采用静电纺丝法制备Janus织物的工艺相比更简单，成本更低，具有产业化应用前景，所提出的织物基集水帆可用于缓解沙漠等缺水地区水资源短缺的问题。

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（责任编辑：胥朝阳）