植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料的制作方法

专利名称：植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及仿生集水聚合物针刺簇，特别涉及植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料及其制备方法。
背景技术：
水是生命之源，随着人口的持续增长和人类经济的不断发展，用水量也逐年增加，水资源的供应已经成为世界各国经济快速发展的决定性因素之一。据世界粮农组织统计大约有12亿人，即世界人口的近五分之一，生活在物理性缺水地区，另有5亿人正在接近这一境况。另外由于污染、浪费等不合理利用导致的可饮用水面临的短缺问题更为迫切，目前全球约8. 84亿人无法获得安全的饮用水。新加坡国立大学教授WongPohPoh在一次地区会议上说，联合国气候变化研究小组表示，到2050年，全世界将有20亿人面临洁净水的供应短缺局面。为了应对日益严峻的水资源短缺问题，不少国家已经行动起来，积极投入，合理利 用水资源。雾是一种隐性的水资源，里面所含的水滴直径非常小，直径只有I到40微米左右。世界上有许多干旱的山区、沿海岸和海岛经常被浓雾笼罩。利用雾水收集器将雾这种隐性的水转化为显性的可利用的水是解决水资源短缺的一个出路。早在1901年，科学家就尝试在南非的Table Mountain上实验对雾水进行收集，但是直到1987年在智利北部干旱的沿海沙漠中，大规模的雾水收集才开始实施。他们用一张长4米，宽10米的双层钢丝网竖立于多雾的空气中，每天可收集249升的水，足够一家人使用。也有人模仿沙漠甲虫背部的亲疏水交替图案结构，制备出图案化集水复合薄膜(CN1872533A和CN1880592A)，还有人模仿天然蜘蛛丝的周期性纺锤结结构制备出人工蜘蛛丝(Nature 2010. 463，640-643);将上述集水复合薄膜或由人工蜘蛛丝编织的网竖直固定于多雾的空气中，也可以收集雾水。而在我国多雾的庐山上，人们采用在松树下放置木桶的方法收集由松针表面聚集滴落的水滴。美国专利4，536，420中公开了一种由交替丙烯酸类树脂和交替二氧化硅的混合物制得的亲水性涂层，该涂层表面具有开裂的疏水沟槽，且亲水区域面积小于疏水区域，雾水滴可以先在亲水区域形成水膜，累积后汇聚成大液滴，在疏水沟槽中流动，收集得到可使用的淡水。但是，上述方法的集水效率都不是很高，且有的成本却很高，无法满足广大缺水地区人们对水的需要；另外大量使用聚丙烯等难降解的塑料又会对环境造成危害。

发明内容
本发明的目的之一在于克服上述集水方法的集水效率不高，无法满足广大缺水地区人们对水的需要，且还存在集水成本高，对环境不友好的缺陷，提供一种植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料。本发明的目的之二是基于对生活在沙漠中的耐旱的属于仙人掌植物中的黄毛掌植物的研究，模仿天然黄毛掌植物的独特结构，提供一种具有多级微结构，且可以协同作用，能够高效地收集空气中的微小液滴而使之成为可利用的淡水的仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇。本发明的目的之三在于提供植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料的制备方法。本发明的目的之四在于提供用于栽植仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料。本发明是从生活在极度干旱的沙漠中的属于仙人掌植物中的黄毛掌利用空气中的雾气收集水分，解除干渴的现象中得到启发的。本发明是利用天然黄毛掌植物作为模板，利用两次二次复型得到模具，然后往得到的模具中注入聚合物溶液，制备得到了如图IB所示的具有类似作为模板的天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征(如图IA所示)的单根聚合物主针刺a。所述的聚合物主针刺a的形状是锥形的，在所述的聚合物主针刺a的锥 形头部b处密集分布着锥形头部朝向所述的聚合物主针刺a根部方向定向排列的形状是锥形的聚合物小针刺d，且所述的聚合物主针刺a和所述的聚合物小针刺d上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的聚合物主针刺a的中部和根部都没有所述的聚合物小针刺d，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽C。将多根所述的聚合物主针刺a的根部在立体180°范围内以夹角α固定在一起，得到单个聚合物针刺簇；最后将多个所述的聚合物针刺簇固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上(所述的聚合物针刺簇是随机固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上，包括固定在有孔的部位及无孔的部位)，得到本发明的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料。本发明的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，是由固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上的多个聚合物针刺簇构成的(所述的聚合物针刺簇是随机固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上，包括固定在有孔的部位及无孔的部位)；所述的聚合物针刺簇是由多根根部被固定在一起的具有类似天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺构成。所述的多根根部被固定在一起的具有类似天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺，是以相邻的两根所述的单根聚合物主针刺的根部，在立体180°范围内以夹角α为5-35°被固定在一起。所述的夹角α优选为15_25°。所述的聚合物主针刺的形状是锥形的，在所述的聚合物主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的聚合物主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的聚合物小针刺，且所述的聚合物主针刺和所述的聚合物小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的聚合物主针刺的中部和根部都没有所述的聚合物小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。所述的聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯(ΡΜΜΑ)、聚苯乙烯(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯(I3U)、聚丙烯氰(PAN)中的一种。所述的聚合物中还包括选自紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、臭氧稳定剂、抗氧化剂中的一种或多种。所述的紫外线稳定剂为双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯(商品名为光稳定剂770)，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的聚合物溶液中的含量为O. 8wt%。
所述的紫外线吸收剂为2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的O. 3wt%。所述的臭氧稳定剂为苯酚三嗪，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的O. lwt%。所述的抗氧化剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酹(商品名UltranoxTM226),其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的I. 3wt%。所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的外表面是疏水的，内表面是亲水的(疏水与亲水构成了所述的梯度)。所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的外表面与水的接触角为120-160 ° ;所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的内表面与水的接触角为 20-30。。所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料优选是具有梯度浸润性的中空多孔导电球。所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料可由以下方法制备得到(以制备具有梯度浸润性的中空多孔导电球为例)a)取中空多孔导电球，所述的孔是贯穿导电球壁厚的贯穿孔，所述的中空多孔导电球的表面与水的接触角为20-30° ；b)配制疏水性聚合物的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)溶液(较佳的疏水性聚合物的N，N-二甲基甲酰胺溶液的质量分数为3wt% _20wt%，较佳的为5wt-15wt% )，将所配制的疏水性聚合物的N，N- 二甲基甲酰胺溶液灌入电纺设备的供液系统中，以步骤a)的中空多孔导电球作为接收极，调节电纺设备的喷丝头与所述接收极间的距离为10-30cm，以任意选定的所述中空多孔导电球的一对称轴作为旋转轴进行自转(优选自转速度为300-800r/min);在喷丝头与所述接收极之间施加10-30KV的电压，制备得到疏水性聚合物电纺膜包裹的中空多孔导电球，所得到的疏水性聚合物电纺膜与水的接触角为120-160°。所述的导电球是金属球或表面镀有金属导电涂层的无机物绝缘球(如陶瓷球、玻璃球等)。所述的金属是铁、铝或铜等。所述的作为旋转轴的对称轴优选与喷丝头的出丝方向垂直。所述的疏水性聚合物是聚苯乙烯或聚四氟乙烯等。所述的电纺膜的厚度为l_50nm。所述的孔的直径为20-100 μ m。本发明的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料的制备方法是利用天然黄毛掌植物作为模板，利用两次二次复型得到具有天然黄毛掌植物针刺结构的聚二甲基硅氧烷针刺模具，然后往得到的模具中注入聚合物溶液，制备得到了具有天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺，将制备得到的多根具有天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺的根部固定在一起，得到所述的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇；将制备得到的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上，得到所述的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料。所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的外表面是疏水的，内表面是亲水的。本发明 的制备方法主要包括两个步骤I.仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的制备；II.仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上的固定。I.仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的制备仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的制备又包括i.仿天然黄毛掌植物结构的单根聚合物主针刺的制备， .仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的制备两个步骤。i.仿天然黄毛掌植物结构的单根聚合物主针刺的制备流程如图2所示，包括四个步骤天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定、天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型、天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的复型和单根聚合物主针刺的制备。具体制备过程如下I)天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚物和与其配套使用的固化剂(PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂优选选自Dow Coming Corporation, USA，型号为SYLGARD (R) 184)双组份胶液混合均匀，得到混合胶液，其中聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;用超声和抽真空的方法对混合胶液除泡，取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺置于除泡后的混合胶液的表面；或将混合胶液置于温度为60°C的热台上进行预交联得到预交联体；取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺置于所得预交联体的表面；在温度为40_80°C (优选温度为60_65°C )的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS，且天然黄毛掌植物针刺在完全交联的PDMS中处于半浸没的固定状态；2)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型a将步骤I)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS的一面进行亲水化处理，然后在40-60°C下用氟硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行疏水化修饰(优选修饰时间为12-24小时)，得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS ;水在所得的疏水化的交联的PDMS表面的接触角大于110° ；b在步骤a氟硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声和抽真空的方法除泡后的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂(PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂优选选自Dow CorningCorporation，USA，型号为SYLGARD (R) 184)双组份胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为40-80°C (优选温度为60-65°C )的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，天然黄毛掌植物针刺同时被转移到后交联的PDMS层上，并且天然黄毛掌植物针刺的另半面标记为B的半面，此时以半浸没的固定状态处于后交联的PDMS层中；3)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型a将步骤2)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的交联的PDMS置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行亲水化处理，然后在40-60°C下用氟硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行疏水化修饰(优选修饰时间为12-24小时)，得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS ;水在所得的疏水化的交联的PDMS表面的接触角大于110° ；b在步骤a氟硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声和抽真空的方法除泡后的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂(PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂优选选自Dow CorningCorporation，USA，型号为SYLGARD (R) 184)双组份胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为40-80°C (优选温度为60-65°C )的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体； 4)单根聚合物主针刺的制备a将步骤2)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，与步骤3)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体进行对准吻合后固定(可在显微镜下进行操作)，得到一完整的具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的PDMS针刺模具；b向步骤a)得到的PDMS针刺模具中注满已配好的聚合物溶液(可采用加压的方法注入聚合物溶液)，然后在温度为40-60°C的烘箱中固化，使聚合物溶液中的溶剂完全挥发(一般在12小时以上)；揭掉所述的A、B两半面复型体，得到具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根聚合物主针刺；ii.仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的制备是采用上述制备所述单根聚合物主针刺的方法，制备出多根具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根聚合物主针刺，然后将所得多根所述的单根聚合物主针刺的根部固定在一起，得到聚合物针刺簇；II.仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上的固定；将上述步骤ii制备得到的多个所述的聚合物针刺簇固定(可用粘结的方法固定)在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上(所述的聚合物针刺簇是随机固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上，包括固定在有孔的部位及无孔的部位)，得到本发明的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料。所述的将多根所述的单根聚合物主针刺的根部固定在一起得到的聚合物针刺簇，是以相邻的两根所述的单根聚合物主针刺的根部，在立体180°范围内以夹角α为5-35°被固定在一起得到的。所述的夹角α优选为15-25°。所述的聚合物主针刺的形状是锥形的，在所述的聚合物主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的聚合物主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的聚合物小针刺，且所述的聚合物主针刺和所述的聚合物小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的聚合物主针刺的中部和根部都没有所述的聚合物小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。步骤4)中的步骤b所述的聚合物溶液的浓度为4_20wt%,优选为7_15wt%。所述的聚合物溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯O3U)、聚丙烯氰(PAN)的N-N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中的一种。步骤4)中的步骤b所述的聚合物溶液中还包括选自紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、臭氧稳定剂、抗氧化剂中的一种或多种。所述的紫外线稳定剂为双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯(商品名为光稳定剂770)，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的聚合物溶液中 的含量为O. 8wt%。所述的紫外线吸收剂为2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的O. 3wt%。所述的臭氧稳定剂为苯酚三嗪，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的O. lwt%。所述的抗氧化剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酹(商品名UltranoxTM226),其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的I. 3wt%。所述的超声对混合液除泡的时间是5-15min，优选是7_12min。所述的抽真空对混合液除泡的真空度是10_2_10_4Pa，除泡时间是10_25min，优选是 15-18min。步骤I中的步骤I)所述的预交联的时间为Omin <时间彡lOmin，优选预交联的时间为 2min、4min、6min、8min、IOmin0所述的亲水化处理是在等离子体仪中，气氛为空气；放电功率为50-150 ，优选为80-100w ;放电时间为l_5min，优选为2_3min。所述的氟硅烷选自十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟代羊烧基二乙氧基娃烧和十_■氣庚基丙基二甲氧基娃烧中的一种。本发明的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料可用于收集雾水，且具有比沙漠甲虫和蜘蛛丝更高的集水效率。这一功能来自于类似于天然黄毛掌植物结构的各级微结构(锥形形状的主针刺，朝向锥形形状的主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的小针刺，主针刺和小针刺上的微米级和纳米级的阵列沟槽，主针刺的中部和根部的微米级和纳米级的螺旋沟槽)间的协同作用和具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料对水分的快速输运。从单根聚合物主针刺来看，锥形形状的聚合物主针刺头部的锥形聚合物小针刺的顶端，在雾水收集过程中充当液滴的连续凝结点，之后由于聚合物小针刺的锥形结构导致沿聚合物小针刺刺身方向在液滴的两端出现朝向聚合物小针刺根部的拉普拉斯压差，驱动凝结在聚合物小针刺尖端的小液滴向聚合物小针刺的根部运动，最终到达锥形聚合物主针刺之上，与锥形聚合物主针刺上附近的液滴发生融合，新露出来的锥形聚合物小针刺顶端又可以凝结水滴。同时由于锥形聚合物小针刺上具有微米级和纳米级的阵列沟槽结构，使得液滴在锥形聚合物小针刺身上具有连续的固-液-气三相接触线(TCL)，液滴运动的摩擦大大减小，液滴运动更加容易。当小液滴由锥形聚合物小针刺上运动至锥形聚合物主针刺上后，由于聚合物主针刺本身也是锥形的结构，液滴同样在拉普拉斯压差的作用下向锥形聚合物主针刺的粗端部位(根部)运动，在此过程中锥形聚合物主针刺的头部充当了液滴的有效收集点，同时由于锥形聚合物主针刺的头部具有朝向锥形聚合物主针刺根部方向定向排列的锥形聚合物小针刺，这种各项异性的结构导致液滴沿锥形聚合物小针刺排列方向(从锥形聚合物主针刺的头部到根部方向)比逆着锥形聚合物小针刺的排列方向(从锥形聚合物主针刺的根部到头部方向)运动更加容易。拉普拉斯压差驱动力和各项异性结构共同作用，液滴在锥形聚合物主针刺头部的运动更顺利。当液滴运动到锥形聚合物主针刺中根部分布有螺旋沟槽的部位后，螺旋结构的出现导致出现螺旋结构附加的拉普拉斯压差，液滴运动的驱动力变大，运动也相应的容易。这个过程中锥形聚合物主针刺的螺旋结构部位起到了对液滴的快速传输作用。三个过程有机结合，协同作用，使得这种类似于天然仙人掌植物中黄毛掌针刺结构的仿生聚合物针刺收集雾水的效率大大提闻。在单根聚合物主针刺收集雾水的基础上，将多根聚合物主针刺在立体180°范围内整合成簇，与二维的平面结构相比，集水点大大增多，集水效率提高。更重要的是，簇状的聚合物针刺使得凝结在单根聚合物主针刺上的液滴在运动过程中随着体积的增大很容易的与周围邻近聚合物主针刺上的液滴发生合并，液滴尺寸瞬间增大，当尺寸增大的液滴接触到具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料时会立即被具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料吸收，新露出来的聚合物主针刺的表面开始新一轮的雾水收集循环。为便于将收集于所述中空多孔导电球中的水导出，优选在所述的中空多孔导电球上开I个大于所述直径为20-100μπι孔的贯穿导电球壁厚的大孔，该大孔的直径一般大于 3mm ο模拟天然仙人掌植物中黄毛掌茎上多针刺簇的情形，将具有较高集水效率的聚合物针刺簇固定在具有梯度浸润性的多孔中空的立体基底材料(中空多孔导电球)上，所述基底材料的外表面与水的接触角大于基底材料内表面与水的接触角(由于中空多孔导电球的外表面被疏水性聚合物电纺膜的包裹所导致的)，这种梯度浸润性的选择，使沿聚合物主针刺运动到聚合物主针刺根部的液滴能够快速的被这种梯度浸润性的基底材料由基底材料的外表面疏水一侧转移到内表面亲水一侧。同时所述基底材料沿壁厚方向的许多贯穿孔又提供了液体由基底材料的外表面疏水一侧被运输到内表面亲水一侧的毛细作用力。另夕卜，所述基底材料的立体结构的选择又进一步增大了集水点的数量。梯度浸润性表面和立体结构二者结合，使得这种植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料的集水效率大大提高。本发明与现有技术相比，本发明的优点还在于I.所用的聚合物价格低廉易得，节约了成本。2.所用的聚合物具有良好的户外稳定性，且对人体无害。3.通过添加紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、臭氧稳定剂、抗氧化剂等，使得本发明提供的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料不易降解，更为耐用，可延长使用年限。


图1A.本发明所用的天然黄毛掌植物针刺结构示意图；其中a为锥形形状的黄毛掌植物的主针刺，b为黄毛掌植物的主针刺的头部，c为黄毛掌植物的主针刺的中根部，d为锥形黄毛掌植物的小针刺。图1B.本发明中的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物主针刺的示意图；其中a为锥形形状的聚合物主针刺，b为聚合物主针刺的头部，c为聚合物主针刺的中根部，d为锥形聚合物小针刺。
图2.本发明的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料中的单根聚合物主针刺的制备流程示意图。图3.本发明的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料中的聚合物针刺簇的俯视图(A)和侧视图(B)，其中α是聚合物针刺簇中相邻两根聚合物主针刺间的夹角。图4.本发明的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的具有梯度浸润性的中空多孔导电球的示意图。
具体实施例方式下面结合实施例进一步对本发明进行说明，但所列举的实施例中所用到的具体材料和用量以及其它工艺条件不应该认为是对本发明的限制。水接触角的表征是用德国产的dataphisics 0CA20视频接触角测量仪上进行的,所用水滴2 μ I, sessile drop模式下测 量。实施例中用到的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂都选自Dow ComingCorporation, USA，型号为 SYLGARD (R) 184。实施例II.仿天然黄毛掌植物结构的PMMA针刺簇的制备i仿天然黄毛掌植物结构的单根PMMA主针刺的制备，请参见图2I)天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定将PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液混合均匀后得到混合胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;对混合胶液先用超声波超声5min除去混合胶液中的大气泡，然后再对混合胶液抽真空至真空度为10_4pa，保持IOmin除去混合胶液中的小气泡；取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺(结构如图IA所示)置于除泡后的混合胶液的表面；将除泡后的混合胶液在温度为40°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS，且天然黄毛掌植物针刺在完全交联的PDMS中处于半浸没的固定状态；2)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型a将步骤I)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS的一面进行亲水化处理，等离子体仪设置的放电功率为50W,放电时间为5min,所用气氛为空气；然后在60°C下用十七氟癸基三乙氧基硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行疏水化修饰，12小时后得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS ;水在所得的疏水化的交联的PDMS表面的接触角大于110° ；b在步骤a十七氟癸基三乙氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡5min，及用抽真空方法在真空度为10_4pa下除小气泡除IOmin后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为40°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，天然黄毛掌植物针刺同时被转移到后交联的PDMS层上，并且天然黄毛掌植物针刺的另半面标记为B的半面，此时以半浸没的固定状态处于后交联的PDMS层中；3)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型a将步骤2)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的交联的PDMS置于等离子体处理仪中，进行与步骤2)中的a)同样的操作；b在步骤a)十七氟癸基三乙氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡5min，及用抽真空方法在真空度为10_4pa下除小气泡除IOmin后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为40°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体；
4)单根PMMA主针刺的制备a将步骤2)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，与步骤3)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体在显微镜下进行对准吻合后固定，得到一完整的具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的PDMS针刺模具；b采用加压的方法，向步骤a)得到的PDMS针刺模具中注满已配好的含有紫外线稳定剂双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的质量分数为4#%的PMMA的DMF溶液，其中紫外线稳定剂双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯在PMMA的DMF溶液中的含量为O. 8wt%，然后在温度为40°C的烘箱中固化，使含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA的DMF溶液中的DMF溶剂完全挥发；揭掉所述的A、B两半面复型体，得到具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA主针刺(结构如图IB所示)，所述的PMMA主针刺的长度为I. 5mm,根部直径为60 μ m ;ii仿天然黄毛掌植物结构的PMMA针刺簇的制备采用上述制备所述单根含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA主针刺的方法，制备出五十根具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA主针刺，然后以相邻的两根所述的单根含有双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA主针刺的根部，在立体180°范围内以5°的夹角固定在一起，得到含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA针刺簇(结构如图3所示)。II.仿天然黄毛掌植物结构的PMMA针刺簇在具有梯度浸润性的多孔的中空立体铁球上的固定a)取表面密集分布着贯穿球壁厚的直径为20 μ m的贯穿孔的中空多孔立体铁球，且所述铁球的表面有一个贯穿孔的直径约为3mm，铁球的表面与水的接触角约为20° ;b)配制质量分数为20wt%的PS的DMF溶液；将所配制的质量分数为20wt%的PS的DMF溶液灌入电纺设备的供液系统中，调节电纺设备的喷丝头与接收极间的距离为10cm，其中接收极为步骤a)中的中空多孔立体铁球，调整所述的中空多孔立体铁球以任意选定的所述的中空多孔立体铁球的一对称轴为旋转轴进行自转，自转速度为300r/min ;在喷丝头与所述接收极之间施加IOKV的电压，电纺一段时间后制备得到厚度为Inm的PS电纺膜包裹的中空多孔立体铁球，所得到的PS电纺膜与水的接触角约为120°。
c)将步骤ii制备得到的多个仿天然黄毛掌植物结构的，含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA针刺簇随机通过粘结的方法固定在步骤b)得到的PS电纺膜包裹的具有梯度浸润性的中空多孔立体铁球上，保证相邻两个仿天然黄毛掌植物结构的，含有双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA针刺簇之间的距离约为I. 5cm，得到植有仿天然黄毛掌植物结构的含有双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA针刺簇的中空多孔立体铁球。在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位铁球面积上、单位时间内的集水量大约为 O. 030-0. 035 μ 1/s · cm2。所述的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的单根PMMA主针刺的形状是锥形的，在所述的单根PMMA主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的单根PMMA主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的PMMA小针刺，且所述的PMMA主针刺和所述的PMMA小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的单根PMMA主针刺的中部和根部都没有所述的PMMA小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。实施例2 I.仿天然黄毛掌植物结构的PS针刺簇的制备i仿天然黄毛掌植物结构的单根PS主针刺的制备，请参见图2I)天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定将PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液混合均匀后得到混合胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;对混合胶液先用超声波超声15min除去混合胶液中的大气泡，然后再对混合胶液抽真空至真空度为10_2pa，保持25min除去混合胶液中的小气泡；将除泡后的混合胶液置于温度为60°C的热台上进行预交联2min得到预交联体；取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺(结构如图IA所示)置于所得预交联体的表面；在温度为40°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS，且天然黄毛掌植物针刺在完全交联的PDMS中处于半浸没的固定状态；2)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型a将步骤I)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS的一面进行亲水化处理，等离子体仪设置的放电功率为150W，放电时间为lmin，所用气氛为空气；然后在40°C下用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行疏水化修饰，24小时后得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS ;水在所得的疏水化的交联的PDMS表面的接触角大于110° ；b在步骤a十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡15min，及用抽真空方法在真空度为10_2pa下除小气泡除25min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I;然后在温度为80°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，天然黄毛掌植物针刺同时被转移到后交联的PDMS层上，并且天然黄毛掌植物针刺的另半面标记为B的半面，此时以半浸没的固定状态处于后交联的PDMS层中；
3)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型a将步骤2)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的交联的PDMS置于等离子体处理仪中，进行与步骤2)中的a)同样的操作；b在步骤a十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡15min，及用抽真空方法在真空度为10_2pa下除小气泡除25min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为80°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体；4)单根PS主针刺的制备 a将步骤2)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，与步骤3)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体在显微镜下进行对准吻合后固定，得到一完整的具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的PDMS针刺模具；b采用加压的方法，向步骤a)得到的PDMS针刺模具中注满已配好的含有紫外线吸收剂2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的质量分数为20wt %的PS的DMF溶液，其中紫外线吸收剂2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的加入量为PS的DMF溶液重量的O. 2wt%,然后在温度为60°C的烘箱中固化，使含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS的DMF溶液中的DMF溶剂完全挥发；揭掉所述的A、B两半面复型体，得到具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS主针刺(结构如图IB所示)；所述的PS主针刺的长度为I. 5mm，根部直径为60 μ m ;ii仿天然黄毛掌植物结构的PS针刺簇的制备采用上述制备所述单根含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS主针刺的方法，制备出五十根具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS主针刺，然后以相邻的两根所述的单根含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS主针刺的根部，在立体180°范围内以35°的夹角固定在一起，得到含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS针刺簇(结构如图3所示)。II.仿天然黄毛掌植物结构的PS针刺簇在具有梯度浸润性的多孔的中空立体铝球上的固定a)取表面密集分布着贯穿球壁厚的直径为ΙΟΟμπι的贯穿孔的中空多孔立体铝球，且所述铝球的表面有一个贯穿孔直径约为3mm，铝球的表面与水的接触角约为30° ;b)配制质量分数为3wt%的PVDF的DMF溶液；将所配制的质量分数为3wt%的PVDF的DMF溶液灌入电纺设备的供液系统中，调节电纺设备的喷丝头与接收极间的距离为30cm，其中接收极为步骤a)中的中空多孔立体铝球，调整所述的中空多孔立体铝球以选定的所述的中空多孔立体铝球的一对称轴为旋转轴进行自转，且作为旋转轴的对称轴与喷丝头的出丝方向垂直，自转速度为800r/min ;在喷丝头与所述接收极之间施加30KV的电压，电纺一段时间制备得到厚度为50nm的PVDF电纺膜包裹的中空多孔立体铝球，所得到的PVDF电纺膜与水的接触角约为160°。c)将步骤ii制备得到的多个仿天然黄毛掌植物结构的，含有2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS针刺簇随机通过粘结的方法固定在步骤b)得到的PVDF电纺膜包裹的具有梯度浸润性的中空多孔立体铝球上，保证相邻两个仿天然黄毛掌植物结构的，含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS针刺簇之间的距离约为I. 5cm，得到植有仿天然黄毛掌植物结构的含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS针刺簇的中空多孔立体铝球。在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位铝球面积上、单位时间内的集水量大约为 O. 025-0. 030 μ 1/s · cm2。所述的含有2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯的单根PS主针刺的形状是锥形的，在所述的单根PS主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的单根PS主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的PS小针刺，且所述的PS主针刺和所述的PS小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的单根PS主针刺的中部和根部都没有所述的PS小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
实施例3I.仿天然黄毛掌植物结构的PVDF针刺簇的制备i仿天然黄毛掌植物结构的单根PVDF主针刺的制备，请参见图2I)天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定将PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液混合均匀后得到混合胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;对混合胶液先用超声波超声12min除去混合胶液中的大气泡，然后再对混合胶液抽真空至真空度为10_3Pa，保持15min除去混合胶液中的小气泡；将除泡后的混合胶液置于温度为60°C的热台上进行预交联4min得到预交联体；取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺置于所得预交联体的表面；在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS，且天然黄毛掌植物针刺在完全交联的PDMS中处于半浸没的固定状态；2)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型a将步骤I)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS的一面进行亲水化处理，等离子体仪设置的放电功率为80W，放电时间为4min，所用气氛为空气；然后在50°C下用十三氟代辛烷基三乙氧基硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行疏水化修饰，18小时后得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS ;水在所得的疏水化的交联的PDMS表面的接触角大于110° ；b在步骤a十三氟代辛烷基三乙氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡12min，及用抽真空方法在真空度为10_3Pa下除小气泡除15min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I;然后在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，天然黄毛掌植物针刺同时被转移到后交联的PDMS层上，并且天然黄毛掌植物针刺的另半面标记为B的半面，此时以半浸没的固定状态处于后交联的PDMS层中；3)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型
a将步骤2)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的交联的PDMS置于等离子体处理仪中，进行与步骤2)中的a)同样的操作；b在步骤a十三氟代辛烷基三乙氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡12min，及用抽真空方法在真空度为10_3Pa下除小气泡除15min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体；4)单个PVDF主针刺的制备 a将步骤2)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，与步骤3)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体在显微镜下进行对准吻合后固定，得到一完整的具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的PDMS针刺模具；b采用加压的方法，向步骤a)得到的PDMS针刺模具中注满已配好的含有臭氧稳定剂苯酚三嗪的质量分数为7wt%的PVDF的DMF溶液，其中苯酚三嗪的加入量为PVDF的DMF溶液重量的O. 08wt%，然后在温度为50°C的烘箱中固化，使含有苯酚三嗪的PVDF的DMF溶液中的DMF溶剂完全挥发；揭掉所述的A、B两半面复型体，得到具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有苯酚三嗪的PVDF主针刺(结构如图IB所示)；所述的PVDF主针刺的长度为I. 5mm,根部直径为60 μ m ;ii仿天然黄毛掌植物结构的PVDF针刺簇的制备采用上述制备所述单根含有苯酚三嗪的PVDF主针刺的方法，制备出五十根具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有苯酚三嗪的PVDF主针刺，然后以相邻的两根所述的单根含有苯酚三嗪的PVDF主针刺的根部，在立体180°范围内以25°的夹角固定在一起，得到含有苯酚三嗪的PVDF针刺簇(结构如图3所示)。II.仿天然黄毛掌植物结构的PVDF针刺簇在具有梯度浸润性的多孔的中空立体铜球上的固定a)取表面密集分布着贯穿球壁厚的直径为80 μ m的贯穿孔的中空多孔立体铜球，且所述铜球的表面有一个贯穿孔直径约为3mm，铜球的表面与水的接触角约为25。;b)配制质量分数为15被％的PS的DMF溶液；将所配制的质量分数为15被％的PS的DMF溶液灌入电纺设备的供液系统中，调节电纺设备的喷丝头与接收极间的距离为20cm，其中接收极为步骤a)中的中空多孔立体铜球，调整所述的中空多孔立体铜球以任意选定的所述的中空多孔立体铜球的一对称轴为旋转轴进行自转，自转速度为500r/min ;在喷丝头与所述接收极之间施加20KV的电压，电纺一段时间制备得到厚度为IOnm的PPS电纺膜包裹的中空多孔立体铜球，所得到的PS电纺膜与水的接触角约为130°。c)将步骤ii制备得到的多个仿天然黄毛掌植物结构的，含有苯酚三嗪的PVDF针刺簇随机通过粘结的方法固定在步骤b)得到的PPS电纺膜包裹的具有梯度浸润性的中空多孔立体铜球上，保证相邻两个仿天然黄毛掌植物结构的，含有苯酚三嗪的PVDF针刺簇之间的距离约为I. 5cm，得到植有仿天然黄毛掌植物结构的含有苯酚三嗪的PVDF针刺簇的中空多孔立体铜球。在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积铝球上、单位时间内的集水量大约为 O. 030-0. 035 μ 1/s · cm2。所述的单根含有苯酚三嗪的PVDF主针刺的形状是锥形的，在所述的单根PVDF主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的单根PVDF主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的PVDF小针刺，且所述的PVDF主针刺和所述的PVDF小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的单根PVDF主针刺的中部和根部都没有所述的PVDF小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。实施例4I.仿天然黄毛掌植物结构的I3U针刺簇的制备i仿天然黄毛掌植物结构的单根I3U主针刺的制备，请参见图2I)天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定
将PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液混合均匀后得到混合胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;对混合胶液先用超声波超声7min除去混合胶液中的大气泡，然后再对混合胶液抽真空至真空度为10_4pa，保持ISmin除去混合胶液中的小气泡；将除泡后的混合胶液置于温度为60°C的热台上进行预交联6min得到预交联体；取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺置于所得预交联体的表面；在温度为65°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS，且天然黄毛掌植物针刺在完全交联的PDMS中处于半浸没的固定状态；2)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型a将步骤I)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS的一面进行亲水化处理，等离子体仪设置的放电功率为100W，放电时间为3min，所用气氛为空气；然后在50°C下用十七氟癸基三甲氧基硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行疏水化修饰，24小时后得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS ;水在所得的疏水化的交联的PDMS表面的接触角大于110° ；b在步骤a十七氟癸基三甲氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡7min，及用抽真空方法在真空度为10_4pa下除小气泡除18min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I;然后在温度为65°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，天然黄毛掌植物针刺同时被转移到后交联的PDMS层上，并且天然黄毛掌植物针刺的另半面标记为B的半面，此时以半浸没的固定状态处于后交联的PDMS层中；3)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型a将步骤2)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的交联的PDMS置于等离子体处理仪中，进行与步骤2)中的a)同样的操作；b在步骤a十七氟癸基三甲氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡7min，及用抽真空方法在真空度为10_4pa下除小气泡除18min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为65°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的TOMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体；4)单个PU主针刺的制备a将步骤2)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，与步骤3)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体在显微镜下进行对准吻合后固定，得到一完整的具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的PDMS针刺模具；b采用加压的方法，向步骤a)得到的PDMS针刺模具中注满已配好的含有抗氧化剂2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚的质量分数为15wt^^PU的DMF溶液，其中2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚的加入量为I3U的DMF溶液重量的1.0被％，然后在温度 为401的烘箱中固化，使含有2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的I3U的DMF溶液中的DMF溶剂完全挥发；揭掉所述的A、B两半面复型体，得到具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的I3U主针刺(结构如图IB所示)；所述的I3U主针刺的长度为I. 5mm，根部直径为60 μ m ;ii仿天然黄毛掌植物结构的I3U针刺簇的制备采用上述制备所述单根含有2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的主针刺的方法，制备出五十根具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的PU主针刺，然后以相邻的两根所述的单根含有2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚的主针刺的根部，在立体180°范围内以15°的夹角固定在一起，得到含有2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚的PU针刺簇(结构如图3所示)。II.仿天然黄毛掌植物结构的I3U针刺簇在具有梯度浸润性的多孔的中空的镀有铜层的玻璃球上的固定a)取表面密集分布着贯穿球壁厚的直径为50 μ m的贯穿孔的表面镀有铜层的中空多孔玻璃球，且所述玻璃球的表面有一个贯穿孔直径约为3mm，玻璃球的表面与水的接触角约为30° ;b)配制质量分数为20wt%的PS的DMF溶液；将所配制的质量分数为20wt%的PS的DMF溶液灌入电纺设备的供液系统中，调节电纺设备的喷丝头与接收极间的距离为20cm，其中接收极为步骤a)中的表面镀有铜层的中空多孔玻璃球，调整所述的表面镀有铜层的中空多孔玻璃球以任意选定的所述的表面镀有铜层的中空多孔玻璃球的一对称轴为旋转轴进行自转，其中作为旋转轴的对称轴与喷丝头的出丝方向垂直，自转速度为500r/min ;在喷丝头与所述的接收极之间施加20KV的电压，电纺一段时间制备得到厚度为20nm的PS电纺膜包裹的表面镀有铜层的中空多孔玻璃球，所得到的PS电纺膜与水的接触角约为 130。。c)将步骤ii制备得到的多个仿天然黄毛掌植物结构的，含有2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚的PU针刺簇随机通过粘结的方法固定在步骤b)得到的PS电纺膜包裹的具有梯度浸润性的表面镀有铜层的中空多孔玻璃球上，保证相邻两个仿天然黄毛掌植物结构的，含有2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚的I3U针刺簇之间的距离约为I. 5cm，得到植有仿天然黄毛掌植物结构的含有苯酚三嗪的PVDF针刺簇的表面镀有铜层的中空多孔玻璃球。在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积玻璃球上、单位时间内的集水量大约为
O.025—0. 035 μ 1/s · cm2。所述的含有2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚的单根主针刺的形状是锥形的，在所述的单根PU主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的单根主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的PU小针刺，且所述的主针刺和所述的小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的单根PU主针刺的中部和根部都没有所述的PU小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。实施例5I.仿天然黄毛掌植物结构的PAN针刺簇的制备
i仿天然黄毛掌植物结构的单根PAN主针刺的制备，请参见图2I)天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定将PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液混合均匀后得到混合胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;对混合胶液先用超声波超声IOmin除去混合胶液中的大气泡，然后再对混合胶液抽真空至真空度为10_3Pa，保持20min除去混合胶液中的小气泡；将除泡后的混合胶液置于温度为60°C的热台上进行预交联Smin得到预交联体；取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺置于所得预交联体的表面；在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS，且天然黄毛掌植物针刺在完全交联的PDMS中处于半浸没的固定状态；2)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型a将步骤I)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS的一面进行亲水化处理，等离子体仪设置的放电功率为120W，放电时间为2min，所用气氛为空气；然后在60°C下用十七氟癸基三甲氧基硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行疏水化修饰，24小时后得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS ;水在所得的疏水化的交联的PDMS表面的接触角大于110° ；b在步骤a十七氟癸基三甲氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡lOmin，及用抽真空方法在真空度为10_3Pa下除小气泡除20min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，天然黄毛掌植物针刺同时被转移到后交联的PDMS层上，并且天然黄毛掌植物针刺的另半面标记为B的半面，此时以半浸没的固定状态处于后交联的PDMS层中；3)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型a将步骤2)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的交联的PDMS置于等离子体处理仪中，进行与步骤2)中的a)同样的操作；b在步骤a十七氟癸基三甲氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡lOmin，及用抽真空方法在真空度为10_3Pa下除小气泡除20min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体；4)单个PAN主针刺的制备a将步骤2)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，与步骤3)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体在显微镜下进行对准吻合后固定，得到一完整的具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的PDMS针刺模具；b采用加压的方法，向步骤a)得到的PDMS针刺模具中注满已配好的质量分数为IOwt %的PAN的DMF溶液，然后在温度为60°C的烘箱中固化，使PAN的DMF溶液中的DMF溶剂完全挥发；揭掉所述的A、B两半面复型体，得到具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单 根PAN主针刺(结构如图IB所示)；所述的PAN主针刺的长度为I. 5mm,根部直径为60 μ m ;ii仿天然黄毛掌植物结构的PAN针刺簇的制备采用上述制备所述单根PAN主针刺的方法，制备出五十根具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根PAN主针刺，然后以相邻的两根所述的单根PAN主针刺的根部，在立体180°范围内以20°的夹角固定在一起，得到PAN针刺簇(结构如图3所示)。II.仿天然黄毛掌植物结构的PAN针刺簇在具有梯度浸润性的多孔的中空的镀有铝层的陶瓷球上的固定a)取表面密集分布着贯穿球壁厚的直径为80 μ m的贯穿孔的表面镀有铝层的中空多孔陶瓷球，且所述陶瓷球表面有一个贯穿孔直径约为3mm，陶瓷球的表面与水的接触角约为30° ;b)配制质量分数为5wt%的PVDF的DMF溶液；将所配制的质量分数为5wt%的PVDF的DMF溶液灌入电纺设备的供液系统中，调节电纺设备的喷丝头与接收极间的距离为20cm，其中接收极为步骤a)中的表面镀有铝层的中空多孔陶瓷球，调整所述的表面镀有铝层的中空多孔陶瓷球以任意选定的所述的表面镀有铝层的中空多孔陶瓷球的一对称轴为旋转轴进行自转，自转速度为600r/min ;在喷丝头与接收极之间施加20KV的电压，电纺一段时间制备得到厚度为30nm的PVDF电纺膜包裹的中空的表面镀有铝层的中空多孔陶瓷球，所得到的PVDF电纺膜与水的接触角约为150°。c)将步骤ii制备得到的多个仿天然黄毛掌植物结构的PAN针刺簇随机通过粘结的方法固定在步骤b)得到的PVDF电纺膜包裹的具有梯度浸润性的表面镀有铝层的中空多孔陶瓷球上，保证相邻两个仿天然黄毛掌植物结构的PAN针刺簇之间的距离约为
1.5 c m，得到植有仿天然黄毛掌植物结构的PAN针刺簇的表面镀有铝层的中空多孔陶瓷球。在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积陶瓷球上、单位时间内的集水量大约为O.025—0. 030 μ 1/s · cm2。所述的单根PAN主针刺的形状是锥形的，在所述的单根PAN主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的单根PAN主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的PAN小针刺，且所述的PAN主针刺和所述的PAN小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的单根PAN主针刺的中部和根部都没有所述的PAN小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。实施例6I.仿天然黄毛掌植物结构的PMMA针刺簇的制备i仿天然黄毛掌植物结构的单根PMMA主针刺的制备，请参见图2I)天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定将PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液混合均匀后得到混合胶液，其中PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;对混合胶液先用超声波超声12min除去混合胶液中的大气泡，然后再对混合胶液抽真空至真空度为10_3Pa，保持18min除去混合胶液中的小气泡；将除泡后的混合胶液置于温度为60°C的热台上进行预交联 IOmin得到预交联体；取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺置于所得预交联体的表面；在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS，且天然黄毛掌植物针刺在完全交联的PDMS中处于半浸没的固定状态；2)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型a将步骤I)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的PDMS的一面进行亲水化处理，等离子体仪设置的放电功率为100W，放电时间为2min，所用气氛为空气；然后在60°C下用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的PDMS的一面进行疏水化修饰，24小时后得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS ;水在所得的疏水化的交联的PDMS表面的接触角大于110° ；b在步骤a十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡12min，及用抽真空方法在真空度为10_3Pa下除小气泡除18min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I;然后在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，天然黄毛掌植物针刺同时被转移到后交联的PDMS层上，并且天然黄毛掌植物针刺的另半面标记为B的半面，此时以半浸没的固定状态处于后交联的PDMS层中；3)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型a将步骤2)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的交联的PDMS置于等离子体处理仪中，进行与步骤2)中的a)同样的操作；b在步骤a十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的PDMS的表面，再浇一层混合均匀且用超声波除大气泡12min，及用抽真空方法在真空度为10_3Pa下除小气泡除18min后得到的无泡的PDMS预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中=PDMS预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为60°C的烘箱中固化，得到完全交联的PDMS ;将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的PDMS揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的PDMS上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体；4)单个PMMA主针刺的制备
a将步骤2)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，与步骤3)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体在显微镜下进行对准吻合后固定，得到一完整的具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的PDMS针刺模具；b采用加压的方法，向步骤a)得到的PDMS针刺模具中注满已配好的含有紫外线稳定剂双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及抗氧化剂2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的质量分数为12被％的？·的DMF溶液，其中双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯在PMMA的DMF溶液中的含量为O. 8wt%,2,6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的加入量为PMMA的DMF溶液重量的O. 8wt%，然后在温度为50°C的烘箱中固化，使含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA的DMF溶液中的DMF溶剂完全挥发；揭掉所述的A、B两半面复型体，得到具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA主针刺；所述的PMMA主针刺的长度为I. 5mm，根部直径为60 μ m ;ii仿天然黄毛掌植物结构的PMMA针刺簇的制备 采用上述制备所述单根含有双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA主针刺的方法，制备出五十根具有类似天然黄毛掌植物针刺结构的单根含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA主针刺，然后以相邻的两根所述的单根含有双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA主针刺的根部，在立体180°范围内以12°的夹角固定在一起，得到含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA针刺簇(结构如图3所示)。II.仿天然黄毛掌植物结构的PMMA针刺簇在具有梯度浸润性的多孔的中空立体铁球上的固定a)取表面密集分布着贯穿球壁厚的直径为ΙΟΟμπι的贯穿孔的中空多孔立体铁球，且所述的铁球的表面有一个贯穿孔的直径约为3mm，铁球的表面与水的接触角约为20。；b)配制质量分数为15wt%的PVDF的DMF溶液；将所配制的质量分数为15wt%的PVDF的DMF溶液灌入电纺设备的供液系统中，调节电纺设备的喷丝头与接收极间的距离为20cm，其中接收极为步骤a)中的中空多孔立体铁球，调整所述的中空多孔立体铁球以任意选定的所述的中空多孔立体铁球的一对称轴为旋转轴进行自转，其中作为旋转轴的对称轴与喷丝头的出丝方向垂直，自转速度为500r/min ;在喷丝头与接收极之间施加20KV的电压，电纺一段时间制备得到厚度为40nm的PVDF电纺膜包裹的中空多孔铁球，所得到的PVDF电纺膜与水的接触角约为140°。c)将步骤ii制备得到的多个仿天然黄毛掌植物结构的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA针刺簇随机通过粘结的方法固定在步骤b)得到的PVDF电纺膜包裹的具有梯度浸润性的中空多孔立体铁球上，保证相邻两个仿天然黄毛掌植物结构的，含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA针刺簇之间的距离约为I. 5cm，得到植有仿天然黄毛掌植物结构的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的PMMA针刺簇的中空多孔立体铁球。在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积铁球上、单位时间内的集水量大约为O. 030-0. 035 μ Ι/s · cm2。所述的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，及2，6_ 二叔丁基_4_甲基苯酚的单根PMMA主针刺的形状是锥形的，在所述的单根PMMA主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的单根PMMA主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的PMMA小针刺，且所述的PMMA主针刺和所述的PMMA小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的单 根PMMA主针刺的中部和根部都没有所述的PMMA小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
权利要求
1.一种植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是其是由固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上的多个聚合物针刺簇构成的；所述的聚合物针刺簇是由多根根部被固定在一起的具有天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺构成； 所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的外表面是疏水的，内表面是亲水的。
2.根据权利要求I所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的多根根部被固定在一起的具有天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺，是以相邻的两根所述的单根聚合物主针刺的根部，在立体180°范围内以夹角a为5-35°被固定在一起。
3.根据权利要求I或2所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的聚合物主针刺的形状是锥形的，在所述的聚合物主针刺的锥形头部处分布着锥形头部朝向所述的聚合物主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的聚合物小针刺，且所述的聚合物主针刺和所述的聚合物小针刺上都分布有微米级和纳米级的阵列沟槽；所述的聚合物主针刺的中部和根部都没有所述的聚合物小针刺，而是分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
4.根据权利要求3所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯氰中的一种。
5.根据权利要求1、2或4所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的聚合物中还包括选自紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、臭氧稳定剂、抗氧化剂中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的紫外线稳定剂为双(2，2，6，6_四甲基哌啶基)癸二酸酯，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的聚合物溶液中的含量为0. 8wt% ； 所述的紫外线吸收剂为2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的0. 3wt% ； 所述的臭氧稳定剂为苯酚三嗪，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的0. Iwt % ； 所述的抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的I. 3wt%。
7.根据权利要求I所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的外表面与水的接触角为120-160° ;所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的内表面与水的接触角为20-30。。
8.根据权利要求I或7所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料是具有梯度浸润性的中空多孔导电球；其是由以下方法制备得到的 a)取中空多孔导电球，所述的孔是贯穿导电球壁厚的贯穿孔，所述的中空多孔导电球的表面与水的接触角为20-30° ； b)配制疏水性聚合物的N，N- 二甲基甲酰胺溶液，将所配制的疏水性聚合物的N，N- 二甲基甲酰胺溶液灌入电纺设备的供液系统中，以步骤a)的中空多孔导电球作为接收极，调节电纺设备的喷丝头与所述接收极间的距离为10-30cm，以任意选定的所述中空多孔导电球的一对称轴作为旋转轴进行自转；在喷丝头与所述接收极之间施加10-30KV的电压，制备得到疏水性聚合物电纺膜包裹的中空多孔导电球，所得到的疏水性聚合物电纺膜与水的接触角为120-160°。
9.根据权利要求8所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的疏水性聚合物是聚苯乙烯或聚四氟乙烯。
10.根据权利要求8所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的导电球是金属球或表面镀有金属导电涂层的无机物绝缘球。
11.根据权利要求8所述的植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料，其特征是所述的孔的直径为20-100 u m。
12.一种根据权利要求I 11任意一项所述的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料的制备方法，其特征是所述的制备方法是利用天然黄毛掌植物作为模板，利用两次二次复型得到具有天然黄毛掌植物针刺结构的聚二甲基硅氧烷针刺模具，然后往得到的模具中注入聚合物溶液，制备得到了具有天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺，将制备得到的多根具有天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺的根部固定在一起，得到所述的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇；将制备得到的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上，得到所述的植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料； 所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的外表面是疏水的，内表面是亲水的。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征是，所述的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的制备方法是 1)天然黄毛掌植物针刺的半浸没状态的固定 将聚二甲基硅氧烷预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液混合均匀，得到混合胶液，其中聚二甲基硅氧烷预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I;用超声和抽真空的方法对混合胶液除泡，取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺置于除泡后的混合胶液的表面；或 将混合胶液置于温度为60°C的热台上进行预交联得到预交联体；取一根新鲜的天然黄毛掌植物针刺置于所得预交联体的表面； 在温度为40-80°C的烘箱中固化，得到完全交联的聚二甲基硅氧烷，且天然黄毛掌植物针刺在完全交联的聚二甲基硅氧烷中处于半浸没的固定状态； 2)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型 a将步骤I)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的聚二甲基硅氧烷置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的完全交联的聚二甲基硅氧烷的一面进行亲水化处理，然后在40-60°C下用氟硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的聚二甲基硅氧烷的一面进行疏水化修饰；得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的聚二甲基硅氧烷； b在步骤a氟硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的聚二甲基硅氧烷的表面，再浇一层混合均匀且用超声和抽真空的方法除泡后的聚二甲基硅氧烷预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中聚二甲基硅氧烷预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为40-80°C的烘箱中固化，得到完全交联的聚二甲基硅氧烷；将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的聚二甲基硅氧烷揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的聚二甲基硅氧烷上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，天然黄毛掌植物针刺同时被转移到后交联的聚二甲基硅氧烷层上，并且天然黄毛掌植物针刺的另半面标记为B的半面，此时以半浸没的固定状态处于后交联的聚二甲基娃氧烧层中； 3)天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型 a将步骤2)得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面的交联的聚二甲基硅氧烷置于等离子体处理仪中，对固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的聚二甲基硅氧烷的一面进行亲水化处理，然后在40-60°C下用氟硅烷蒸汽对已进行亲水化处理的固定有天然黄毛掌植物针刺的交联的聚二甲基硅氧烷的一面进行疏水化修饰，得到固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的聚二甲基硅氧烷； b在步骤a氟硅烷修饰后得到的固定有天然黄毛掌植物针刺的疏水化的交联的聚二甲基硅氧烷的表面，再浇一层混合均匀且用超声和抽真空的方法除泡后的聚二甲基硅氧烷预聚物和与其配套使用的固化剂双组份胶液，其中聚二甲基硅氧烷预聚物胶液与固化剂胶液的重量比为10 I ;然后在温度为40-80°C的烘箱中固化，得到完全交联的聚二甲基硅氧烷；将在天然黄毛掌植物针刺两表面得到的前后两次完全交联的聚二甲基硅氧烷揭开，在步骤a得到的疏水化的交联的聚二甲基硅氧烷上得到天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体； 4)单根聚合物主针刺的制备 a将步骤2)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为A的半面复型体，与步骤3)得到的天然黄毛掌植物针刺的半面标记为B的半面复型体进行对准吻合后固定，得到一完整的 具有天然黄毛掌植物针刺结构的聚二甲基硅氧烷针刺模具； b向步骤a)得到的聚二甲基硅氧烷针刺模具中注满已配好的聚合物溶液，然后在温度为40-60°C的烘箱中固化，使聚合物溶液中的溶剂完全挥发；揭掉所述的A、B两半面复型体，得到具有天然黄毛掌植物针刺结构的单根聚合物主针刺； 5)仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的制备 将采用上述制备方法得到的多根具有天然黄毛掌植物针刺结构的单根聚合物主针刺的根部固定在一起，得到聚合物针刺簇。
14.根据权利要求12或13所述的制备方法，其特征是所述的将多根所述的单根聚合物主针刺的根部固定在一起得到的聚合物针刺簇，是以相邻的两根所述的单根聚合物主针刺的根部，在空间180°范围内以夹角a为5-35°被固定在一起得到的。
15.根据权利要求12或13所述的制备方法，其特征是所述的聚合物溶液的浓度为4-20wt% ；所述的聚合物溶液选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯氰的N-N- 二甲基甲酰胺溶液中的一种。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征是所述的聚合物溶液中还包括选自紫外线稳定剂、紫外线吸收剂、臭氧稳定剂、抗氧化剂中的一种或多种。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征是所述的紫外线稳定剂为双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的聚合物溶液中的含量为 0. 8wt% ； 所述的紫外线吸收剂为2-氰基-3，3- 二苯基丙烯酸2-乙基己酯，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的0. 3wt% ； 所述的臭氧稳定剂为苯酚三嗪，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的0. Iwt % ； 所述的抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，其在制备所述的单根聚合物主针刺时的加入量小于聚合物溶液重量的I. 3wt%。
18.根据权利要求13所述的制备方法，其特征是步骤I)所述的预交联的时间为Omin< 时间 < 12min。
19.根据权利要求13所述的制备方法，其特征是所述的亲水化处理是在等离子体仪中，气氛为空气；放电功率为50-150W ;放电时间为l-5min。
20.根据权利要求13所述的制备方法，其特征是所述的氟硅烷选自十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟代辛烷基三乙氧基硅烷和十二氟庚基丙基三甲氧基娃烧中的一种。
21.根据权利要求13所述的制备方法，其特征是所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的外表面与水的接触角为120-160° ;所述的具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的内表面与水的接触角为20-30°。
全文摘要
本发明涉及植有仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料及其制备方法。所述的基底材料是由固定在具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料上的多个聚合物针刺簇构成的；所述的聚合物针刺簇是由多根根部被固定在一起的具有类似天然黄毛掌植物所具有的针刺状结构特征的单根聚合物主针刺构成。所述具有梯度浸润性的多孔的中空立体基底材料的外表面是疏水的，内表面是亲水的。所述的聚合物针刺簇，能够高效地收集空气中的微小液滴而使之成为可利用的淡水，所收集的水被所述梯度浸润性的基底材料由基底材料的外表面疏水一侧转移到内表面亲水一侧，使得这种植有仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇的基底材料的集水效率大大提高。
文档编号E03B3/28GK102797279SQ201110135429
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者鞠婕, 柏浩, 郑咏梅, 江雷 申请人:中国科学院化学研究所