从自然界获取灵感,模仿生物体表结构制备人工集水装置具有广阔的应用前景,对缓解水资源短缺具有重要意义。为分析研究水收集机理,制备具有高集水效率的水收集结构,对松针表面形貌、润湿性、集水性能进行了研究。结果表明,松针半圆锥结构形成了独特的形状梯度。松针表面由沟槽-凹坑构成的复合结构形成了润湿梯度。形状梯度和润湿梯度产生的拉普拉斯压力和表面张力梯度实现了水滴在其表面的移动。为探索表面物质成分、表面微结构、圆锥度对表面集水能力的影响规律,采用化学腐蚀、激光刻蚀和微切削技术,以黄铜为基底,构筑了不同物质成分、结构、形状表面。试验发现,氢氧化钠及过硫酸铵混合溶液腐蚀黄铜表面所生成的亲水性氢氧化铜薄膜,使得试件表面实现了疏水向亲水的转变。通过控制腐蚀时间可以构筑具有不同润湿性的表面。腐蚀时间越长,表面润湿性越强,其表面更容易捕获水滴,集水速率较高。通过激光刻蚀可以在黄铜表面构筑不同尺寸的沟槽结构,随着激光功率增加,槽宽也逐渐增加,水滴与其表面接触角也随之升高。当激光功率为12W,沟槽表面接触角为113.8°时,由于表面具有较强的捕获液滴的能力及表面适当的粘附力,具有较高的集水速率。当对圆锥结构表面进行集水测试时,圆锥的形状曲率是液滴移动的主要动力。由于重力的影响以及圆锥表面黏附阻力的存在,液滴移动的速度及距离随锥度的变化而不同。当锥度为6°时,水滴在圆锥表面移动速率最快。为实现水滴的高效定向收集,探索了润湿梯度和形状梯度协同作用对仿生结构表面集水性能的影响。试验发现,三种仿生结构表现出相似的集水过程。当其呈45°或90°放置时,由于重力影响,水滴会在拉普拉斯压力及表面张力作用下自尖端向根端移动一段距离,而后在重力的作用下自表面滴落。当仿生结构0°放置时,重力对凝聚在其表面的液滴影响较小,在拉普拉斯压力及表面润湿性梯度的作用下,水滴可以自尖端移动到根端,当锥度为6°时,水滴在表面移动速度最快。经激光刻蚀及表面梯度腐蚀的仿生结构具有最快的水滴搬运速度。