在全球范围内，尤其是干旱和偏远地区，淡水资源日益匮乏，已成为影响人类生存与发展的重大挑战。为应对这一问题，人们提出了多种淡水获取策略，包括海水淡化、废水回用以及雾水收集等。其中，雾水收集（fog collection）因其往往不依赖外部能源、设备结构简单、成本低廉等优势，成为一种极具吸引力的可持续淡水获取方式。尽管雾水收集技术已取得一定应用，但目前商业装置的集水效率仍较低，这促使科研人员在过去二十年持续优化集水器的设计结构，力图提升其综合性能。大量传统雾水收集器采用由圆柱形金属丝线构成的网格结构，其结构设计面临权衡问题：增大丝材的尺寸虽有助于排水，但会降低雾滴的捕获率；而减小丝材尺寸虽能提升沉积效率，却容易造成网格堵塞、增加风阻并降低排水能力。因此，如何在结构设计上同时实现高效捕获与快速排水，是提升雾水收集性能的关键挑战。
美国西北大学Kyoo – Chul Park助理教授团队在Droplet（《液滴》）期刊上发表题为“Fog collection with hairy wires”的文章（封面文章）。该工作主要提出可利用拥有双尺度结构的带毛线材进行稳定高效的集雾，且该带毛线材成本低廉易于批量生产，为雾水收集器的优化设计提供了实用方案，其在应对全球水资源短缺问题中具有广泛的应用潜力。
作者首先测定了带毛线材的雾水收集性能，并在相同实验条件下与圆柱形金属线和金属线构成的网格结构的集水性能进行比较（图1）。发现带毛线材收集的雾量比具有相同外径或相同芯直径的圆柱形金属线高出2.5倍以上，比具有相同外径的金属网格高出约2倍。带毛线材的第一个优点是每根绒毛可作为局部雾水收集器，这些细小绒毛收集雾水时拥有较高的斯托克斯数（Stokes number），增强了带毛线材的雾水捕获效率。尤其是在雾收集的早期阶段，密集的细小绒毛成功收集了大量微小雾滴（图2）。此外，雾滴不仅可以在带毛线材的外表面被收集，也可随气流进入细小绒毛之间的空隙，使得带毛线材具有较大的有效集雾面积。随着时间的推移，变湿的绒毛会粘在一起形成绒毛簇。虽然这种表面形貌的改变会略微降低雾水捕获效率，但由于毛簇的独特圆锥形形状，拉普拉斯压力差驱动着水向带毛线材的中心快速定向输送，接着沿着重力方向流到雾水收集器底部，使得带毛线材拥有高传输效率（图3）。此外，作者还证明了液滴在湿润带毛线材上的快速传输是由惯性力和毛细力主导的（图4）。这项研究不仅为雾气收集提供了重要的物理视角，也为新型高效雾水收集器的设计提供了指导。
图1 两种尺寸的圆柱形金属线、2D和3D网格结构以及带毛线材的雾气收集性能比较
图2 相同外径圆柱形金属线和带毛线材的初始阶段雾气收集性能比较（重点关注液滴的捕获）
图3 相同外径圆柱形金属线和带毛线材的较长时间段雾气收集性能比较（重点关注液体的传输）
图4 液滴在湿润的带毛线材上的快速传输
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