仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列及其制备方法技术领域
本发明涉及仿生集水聚合物针刺簇阵列及其制备方法，特别涉及仿天然仙
人掌植物类中的黄毛掌结构的聚合物针刺簇阵列及其制备方法。
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1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，且有的成本确很高，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；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阵列。
本发明的另一目的在于提供上述仿天然仙人掌植物中的黄毛掌植物结构的
聚合物针刺簇阵列的制备方法。
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2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1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的根部在空间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按照不同的排列方式固定在疏水基底材料上，
得到本发明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阵列。
本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列，是由固定在疏水基
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，在空间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。
所述的由固定在疏水基底材料上的多个聚合物针刺簇构成的聚合物针刺簇
阵列，按照聚合物针刺簇不同的排列方式，聚合物针刺簇阵列包括四方排列的
点阵阵列、正三角形排列的点阵阵列和向外辐射发散的点阵阵列中的一种。
所述的聚合物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(PU)、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0.1wt％。
所述的抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(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1.3wt％。
所述的疏水基底材料包括聚四氟乙烯、有机玻璃等疏水材料中的一种。
本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列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
了本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列，该聚合物针刺簇阵列
是由固定在疏水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。该方法主要包括两个步骤：I.仿天然黄毛掌植物结
构的单根聚合物主针刺的制备；II.仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列
的制备。
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单根聚合物主针刺的制备流程如图3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：
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(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 Corning 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∶1；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40-80℃(优选温度为55-65℃)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℃(优选温度为60-65℃)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1)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℃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 Corning Corporation，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∶1；然后在温
度为40-80℃(优选温度为60-65℃)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℃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 Corning Corporation，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∶1；然后在温
度为40-80℃(优选温度为60-65℃)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℃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阵列的制备
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；最后将多个所述的聚合物针刺簇
固定在疏水基底材料上，得到本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇
阵列。
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。
所述的将多个所述的聚合物针刺簇固定在疏水基底材料上得到的聚合物针
刺簇阵列，按照聚合物针刺簇不同的排列方式，所得聚合物针刺簇阵列包括四
方排列的点阵阵列、正三角形排列的点阵阵列和向外辐射发散的点阵阵列中的
一种。
步骤4)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(PU)、聚丙烯氰(PAN)的N-N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中的
一种。
步骤4)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0.1wt％。
所述的抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(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1.3wt％。
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1)所述的预交联的时间为0min＜时间≤12min，优选预交联的时间
为2min、4min、6min、8min、10min、12min。
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，
优选为80-100w；放电时间为1-5min，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、
十三氟代辛烷基三乙氧基硅烷和十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
所述的疏水基底材料包括聚四氟乙烯、有机玻璃等疏水材料中的一种。
本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列可用于收集雾水，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。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高。
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空间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，所受重力急速增加，当液滴重力增大到不足以抵消聚合物
针刺表面对液滴的粘滞力时液滴就掉落下来，聚合物主针刺的表面开始新一轮
的雾水收集循环。集水点的增多和邻近聚合物主针刺上液滴的合并，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簇的集水效率显著
提高。
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
的聚合物针刺簇以不同的排列方式在疏水基底材料上排列成阵列，可以更显著
的增加集水点，使集水效率进一步提高。疏水基底的选择保证了聚合物针刺簇
上收集的水分不会被基底材料吸收。
本发明与现有技术相比，本发明的优点还在于：
1.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
得本发明提供的仿仙人掌植物中黄毛掌结构的聚合物针刺簇阵列不易降解，更
为耐用，可延长使用年限。
附图说明
图1.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2.本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列；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3.本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列中的单根聚合物
主针刺的制备流程示意图。
图4.本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列中的聚合物针刺
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5.本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列中的四方排列的
点阵阵列的俯视图(A)和侧视图(B)，其中任意相邻四个聚合物针刺簇中心
的连线都组成一个正方形。
图6.本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列中的正三角形排
列的点阵阵列的俯视图(A)和侧视图(B)，其中任意相邻三个聚合物针刺簇
中心的连线都组成一个正三角形。
图7.本发明的仿天然黄毛掌植物结构的聚合物针刺簇阵列中的向外辐射发
散点阵阵列的俯视图。
具体实施方式
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 OCA20视频接触角测量仪上进行的，所用水滴
2μl，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
Corning Corporation，USA，型号为SYLGARD(R)184。
实施例1
I.请参见图3，仿天然黄毛掌植物结构的单根PMMA主针刺的制备
1)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∶1；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10min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1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℃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1)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℃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10min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∶1；然后在温度为40℃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，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℃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10min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∶1；然后在温度为40℃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)癸二酸酯的质量分数为4wt％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0.8wt％，然后在温度为40℃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2所示)；
II.仿天然黄毛掌植物结构的PMMA针刺簇四方排列的点阵阵列的制备
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，制备出多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，然后将相邻的两根所述的
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，
在空间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4所示)；最后将多个所述的
含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA针刺簇按照四方排列
的点阵固定在聚四氟乙烯板上，得到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针刺簇四方排列的点阵阵列(结构如图5
所示)。
所述的主针刺的形状是锥形的，在所述的主针刺的锥形头部处分布着锥形
头部朝向所述的主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的小针刺，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；所述的主针刺的
中部和根部都没有所述的小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
将一百根所述的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA
主针刺(长度为1.5mm，根部直径为60μm)的根部以5°的夹角固定在一起得
到所述的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA针刺簇；进
一步将所述的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯的PMMA针刺簇
以0.5cm的中心间距在聚四氟乙烯板上排列成四方排列的点阵阵列；在
20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积、单位时间的集水量大约为
0.025-0.030μl/s·cm2。
实施例2
I.请参见图3，仿天然黄毛掌植物结构的单根PS主针刺的制备
1)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∶1；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80℃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1所示)置于所得预交联体的表面；在温度为40℃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1)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1min，所用
气氛为空气；然后在40℃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∶1；然后在温度为80℃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，等离子体仪设置的放电功率为150W，放电时间
为1min，所用气氛为空气；然后在40℃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∶1；然后在温度为80℃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0.2wt％，然后在温度为60℃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2
所示)；
II.仿天然黄毛掌植物结构的PS针刺簇正三角形排列的点阵阵列的制备
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，制备出多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，然后将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，在空间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4所示)；最后将多个所述的含有2-氰基-3，3-二苯
基丙烯酸2-乙基己酯的PS针刺簇按照正三角形排列的点阵固定在有机玻璃板
上，得到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针刺簇正三角形排列的点阵阵列(结构如图6所示)。
所述的主针刺的形状是锥形的，在所述的主针刺的锥形头部处分布着锥形
头部朝向所述的主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的小针刺，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；所述的主针刺的
中部和根部都没有所述的小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
将一百根所述的含有2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS主针刺(长
度为1.5mm，根部直径为60μm)的根部以35°的夹角固定在一起得到所述的
含有2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS针刺簇；进一步将所述的含有
2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯的PS针刺簇以0.5cm的中心间距在有机
玻璃板上排列成正三角形排列的点阵阵列；在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，
单位面积、单位时间的集水量大约为0.020-0.025μl/s·cm2。
实施例3
I.请参见图3，仿天然黄毛掌植物结构的单根PVDF主针刺的制备
1)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∶1；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40℃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℃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1)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℃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∶1；然后在温度为60℃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，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℃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∶1；然后在温度为60℃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0.08wt％，然后在温度为50℃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2所示)；
II.仿天然黄毛掌植物结构的PVDF针刺簇向外辐射发散排列的点阵阵列的
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，制备出多根
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
将相邻的两根所述的单根含有苯酚三嗪的PVDF主针刺的根部，在空间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；最后将
多个所述的含有苯酚三嗪的PVDF针刺簇按照向外辐射发散排列的点阵固定在
聚四氟乙烯板上，得到仿天然黄毛掌植物结构的含有苯酚三嗪的PVDF针刺簇
向外辐射发散排列的点阵阵列(结构如图7所示)。
所述的主针刺的形状是锥形的，在所述的主针刺的锥形头部处分布着锥形
头部朝向所述的主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的小针刺，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；所述的主针刺的
中部和根部都没有所述的小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
将一百根所述的含有苯酚三嗪的PVDF主针刺(长度为1.5mm，根部直径
为60μm)的根部以25°的夹角固定在一起得到所述的含有苯酚三嗪的PVDF
针刺簇；进一步将所述的含有苯酚三嗪的PVDF针刺簇以3簇/cm2的密度在聚
四氟乙烯板上排列成向外辐射发散的点阵阵列；在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛
下，单位面积、单位时间的集水量大约为0.025-0.030μl/s·cm2。
实施例4
I.请参见图3，仿天然黄毛掌植物结构的单根PU主针刺的制备
1)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∶1；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65℃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℃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1)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℃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∶1；然后在温度为65℃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，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℃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∶1；然后在温度为65℃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％的PU的DMF溶液，
其中2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的加入量为PU的DMF溶液重量的1.0wt％，然
后在温度为40℃的烘箱中固化，使含有2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的PU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PU主针刺(结
构如图2所示)；
II.仿天然黄毛掌植物结构的PU针刺簇四方排列的点阵阵列的制备
采用上述制备所述单根含有2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的PU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含有2，6-二叔丁基-4-甲基
苯酚的PU主针刺，然后将相邻的两根所述的单根含有2，6-二叔丁基-4-甲基苯
酚的PU主针刺的根部，在空间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；最后将多个所述的含有2，6-二叔
丁基-4-甲基苯酚的PU针刺簇按照四方排列的点阵固定在有机玻璃板上，得到
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针刺簇四方排列
的点阵阵列(结构如图5所示)。
所述的主针刺的形状是锥形的，在所述的主针刺的锥形头部处分布着锥形
头部朝向所述的主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的小针刺，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；所述的主针刺的
中部和根部都没有所述的小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
将一百根所述的含有2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的PU主针刺(长度为
1.5mm，根部直径为60μm)的根部以15°的夹角固定在一起得到所述的含有2，
6-二叔丁基-4-甲基苯酚的PU针刺簇；进一步将所述的含有2，6-二叔丁基-4-
甲基苯酚的PU针刺簇以0.5cm的中心间距在有机玻璃板上排列成四方排列的点
阵阵列；在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积、单位时间的集水量大约
为0.020-0.030μl/s·cm2。
实施例5
I.请参见图3，仿天然黄毛掌植物结构的单根PAN主针刺的制备
1)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∶1；对混合胶液先
用超声波超声10min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55℃的热台上进行预交联8min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℃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1)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℃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
10min，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∶1；然后在温度为60℃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，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℃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
10min，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∶1；然后在温度为60℃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10wt％的PAN的DMF溶液，然后在温度为60℃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2所示)；
II.仿天然黄毛掌植物结构的PAN针刺簇正三角形排列的点阵阵列的制备
采用上述制备所述单根PAN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PAN主针刺，然后将相邻的两根所述的单根PAN主针
刺的根部，在空间180°范围内以20°的夹角固定在一起，得到PAN针刺簇；
最后将多个所述的PAN针刺簇按照正三角形排列的点阵固定在聚四氟乙烯板
上，得到仿天然黄毛掌植物结构的PAN针刺簇正三角形排列的点阵阵列(结构
如图6所示)。
所述的PAN主针刺的形状是锥形的，在所述的PAN主针刺的锥形头部处
分布着锥形头部朝向所述的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。
将一百根所述的PAN主针刺(长度为1.5mm，根部直径为60μm)的根部
以20°的夹角固定在一起得到所述的PAN针刺簇；进一步将所述的PAN针刺
簇以0.5cm的中心间距在聚四氟乙烯板上排列成正三角形排列的点阵阵列；在
20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积、单位时间的集水量大约为
0.020-0.030μl/s·cm2。
实施例6
I.请参见图3，仿天然黄毛掌植物结构的单根PMMA主针刺的制备
1)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∶1；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℃的热台上进行预交联10min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℃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1)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℃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∶1；然后在温度为60℃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，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℃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∶1；然后在温度为60℃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12wt％的PMMA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0.8wt％，2，
6-二叔丁基-4-甲基苯酚的加入量为PMMA的DMF溶液重量的0.8wt％，然后在
温度为50℃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；
II.仿天然黄毛掌植物结构的PMMA针刺簇向外辐射发散排列的点阵阵列
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，制备出多根具有类似天然
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，然后将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，在空间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；最后将多个所述的含有双(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PMMA针刺簇按照向外辐射发散排列的点
阵固定在有机玻璃板上，得到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针刺簇向外辐
射发散排列的点阵阵列。
所述的主针刺的形状是锥形的，在所述的主针刺的锥形头部处分布着锥形
头部朝向所述的主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的小针刺，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；所述的主针刺的
中部和根部都没有所述的小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
将一百根所述的含有双(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PMMA主针刺(长度为1.5mm，根部直径为60μm)的
根部以12°的夹角固定在一起得到所述的含有双(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PMMA针刺簇；进一步将所述的含
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
PMMA针刺簇以3簇/cm2的密度在聚四氟乙烯板上排列成向外辐射发散的点阵
阵列；在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积、单位时间的集水量大约为
0.025-0.035μl/s·cm2。
实施例7
I.请参见图3，仿天然黄毛掌植物结构的单根PS主针刺的制备
1)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∶1；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10-3Pa，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℃的热台上进行预交联12min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℃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1)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3min，所用气
氛为空气；然后在40℃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，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°；
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，等离子体仪设置的放电功率为80W，放电时间
为3min，所用气氛为空气；然后在40℃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，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15min，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∶1；然后在温度为60℃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
紫外线稳定剂双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、抗氧化剂2，6-二叔
丁基-4-甲基苯酚及臭氧稳定剂苯酚三嗪的质量分数为7wt％的PS的DMF溶液，
其中双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯在PS的DMF溶液中的含量为
0.8wt％，2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的加入量为PS的DMF溶液重量的0.6wt％，
苯酚三嗪的加入量为PS的DMF溶液重量的0.05wt％，然后在温度为40℃的烘
箱中固化，使含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、2，6-二叔丁基-4-
甲基苯酚及苯酚三嗪的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双(2，2，
6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚及苯酚三嗪的PS主
针刺(结构如图2所示)；
II.仿天然黄毛掌植物结构的PS针刺簇四方排列的点阵阵列的制备
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、2，
6-二叔丁基-4-甲基苯酚及苯酚三嗪的PS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含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、
2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚及苯酚三嗪的PS主针刺，然后将相邻的两根所述的
单根含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯
酚及苯酚三嗪的PS主针刺的根部，在空间180°范围内以10°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、2，6-二叔丁基-4-甲
基苯酚及苯酚三嗪的PS针刺簇；最后将多个所述的含有双(2，2，6，6-四甲
基哌啶基)癸二酸酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚及苯酚三嗪的PS针刺簇按照
四方排列的点阵固定在聚四氟乙烯板上，得到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、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚及苯酚三
嗪的PS针刺簇四方排列的点阵阵列。
所述的主针刺的形状是锥形的，在所述的主针刺的锥形头部处分布着锥形
头部朝向所述的主针刺根部方向定向排列的形状是锥形的小针刺，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；所述的主针刺的
中部和根部都没有所述的小针刺，而是密集分布着微米级和纳米级的螺旋沟槽。
将一百根所述的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、2，6-二叔
丁基-4-甲基苯酚及苯酚三嗪的PS主针刺(长度为1.5mm，根部直径为60μm)
的根部以10°的夹角固定在一起得到所述的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)
癸二酸酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚及苯酚三嗪的PS针刺簇。进一步将所述
的含有双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚
及苯酚三嗪的PS针刺簇以0.5cm的中心间距在聚四氟乙烯板上排列成四方排列
的点阵阵列，在20-30cm/s饱和水蒸汽流气氛下，单位面积、单位时间的集水量
大约为0.025-0.035μl/s·cm2。