DOI: 10.1021/acsnano.1c01437

获得清洁水是一个全球性的挑战，而雾水收集器是针对该挑战的一个有前途的解决方案。目前，人们已将聚碳酸酯（PC）纤维用于雾水收集器，但其效率十分有限。本研究表明在PC纤维的静电纺丝过程中控制电压极性和湿度会改善其表面性能，从而提高集水能力。通过实验测定了PC纤维表面形态和化学性质对集雾效率相关表面电位和力学性能的影响。在高湿度和负电压极性条件下生产的PC纤维具有优异的集水率和最高的拉伸强度。本研究证明了表面电位和形态对于通过一步、无需任何后处理方法制备纤维以增强集水能力而言是至关重要的。

图1.在25％（PC25+，PC25-）和40％（PC40+，PC40-）RH以及正（A-C和G-）负（D-F和J-L）极性下制备的PC纤维的扫描电子显微镜（SEM）显微照片。有冷冻断裂表明其中存在空隙。

图2.PC网格拉伸试验获得的典型应力-应变曲线。

图3.（A，B）单个PC聚合物链结构的2D/3D示意图。符号：C1-4是指通过XPS测定的PC中各碳的原子百分比。（C）PC膜C1s区域的代表性XPS光谱。（D）用于产生静电势图的PC聚合物结构单元模型。（E）单个PC单元的静电势图。（F，G）在Y轴上旋转45°以指示分子不同位置的静电表面电势。（H，I）单个PC聚合物链的示意性重新定向模型，在静电纺丝过程中施加了正极性和负极性。

图4.以正（PC+）和负（PC-）极性制备的静电纺丝PC纤维的表面电势和ζ电势表征：（A）KPFM扫描，（B）通过KPFM测量PC样品的表面电势结果，（C）PC网格在不同pH值的KCl溶液中的滴定曲线，表明了PC网格的zeta电位值。

图5.PC25+（A，B），PC25-（C，D），PC40+（E，F），PC40-（G，H）与直径为Dw1=0.20μm（A，C，E，G）和Dw2=1.25μm（B，D，F，H）的水滴之间的电势分布图。水滴与纤维之间的距离d=1.00μm。（I）对于小水滴（Dw=0.20μm，直线）和大水滴（Dw=1.25μm，虚线）而言，电势E（沿d线）与液滴表面-纤维距离d之间的关系。

图6.以正（PC+）和负（PC-）极性制备的静电纺丝PC纤维的集水结果：（A）3小时试验期间的雾水收集和（B）每小时集水率。（C-F）90min试验后，在网格表面所收集液滴流入烧杯之前，垂直电纺丝PC网格上沉积的水滴的侧视和正视图。（G）该图表示网格上的接触角滞后随时间的变化。（H）静态接触角测量，水平放置网格上的水滴的代表性图像。

图7.3小时内雾水收集与表面电位和ζ电位（pH=4.5）之间的相关性。