发明内容

本发明针对单兵作战淡水供应困难的问题，提出一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔及捕雾集水方法，本发明将外加磁场与磁性微锥形阵列相结合，可以实现无风条件下磁感生集雾，应用到单兵作战的头盔上，无论热带雨林、清晨沙漠、无风地区都可以从空气中收集细小雾滴作为淡水来源，在军事领域会有巨大应用前景。

本发明的技术方案为：基于微米磁性针椎状阵列表面的顶端亲水和底部疏水，微小雾滴在亲水端连续富集，利用外部磁场驱使微针椎阵列发生变形，将液滴输送到底部疏水层上进行收集，从而实现液滴的吸附、脱落以及富集。

本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种磁控微针椎阵列捕雾集水头盔，包括集液盒1和头盔主体2，集液盒1设置在头盔主体2后端底部，头盔主体2包括频率发生器5、头盔壳体6、若干个环形线圈9和电源构件，频率发生器5设置在头盔壳体6外侧壁，环形线圈9设置在头盔壳体6内侧壁，若干个环形线圈9串联后与频率发生器5串联，再与电源构件电连接形成负载电路；头盔壳体6外侧壁设置有竖直向上的微米磁性针椎阵列，微米磁性针椎阵列的顶部为亲水外层，微米磁性针椎阵列底端的头盔壳体壁为疏水层，头盔壳体6的底部倾斜设置有环形集液槽7，环形集液槽7的低端与集液盒1的顶部连通；

所述微米磁性针椎阵列包括若干个微米磁性针椎8，微米磁性针椎8为圆锥形结构，微米磁性针椎8的顶部为圆锥形结构顶点；

所述微米磁性针椎的圆锥形结构可推动液滴到达疏水性尾部便自主脱落，实现液滴的富集，微米磁性针椎阵列可以实现自发、连续的收集雾水，由于磁场方向确定，微米磁性针椎的挠度随磁场强度的增大而增大；

进一步的，所述微米磁性针椎8包括有机物壳体和磁性纳米颗粒填充体，磁性纳米颗粒填充体填充设置在有机物壳体内；优选的，磁性纳米颗粒填充体为Fe₃O₄磁性纳米颗粒；

更进一步的，所述微米磁性针椎8高度为20~30 μm；

所述电源构件包括电池盒3和开关4，电池盒3和开关4均设置在头盔壳体6外侧壁，环形线圈9的两端分别为正极端和负极端，电池盒3的正极端依次通过电导线与开关4、频率发生器5、环形线圈9的正极端电连接，环形线圈9负极端通过电导线与电池盒3的负极端电连接；

所述开关4可起到接通、保护负载电路的作用；

进一步的，所述电池盒3内设置有充电电池；优选的，充电电池为充电镍氢电池，充满后可连续使用20个小时；

所述有机物壳体为聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷表层引入亲水官能团形成亲水外层，亲水官能团为OH、CHO、COOH、NH₂或SO₃H，头盔壳体6为聚合物壳体，头盔壳体6表层引入疏水官能团形成疏水层，疏水官能团为烃基或酯基；

进一步的，所述头盔主体2后端底壁设置有水平向卡槽，集液盒1侧壁设置有水平向卡扣，水平向卡扣插设在水平向卡槽内，以实现集液盒1的拆卸；

所述头盔壳体6内设置有隔热层，隔热层可以为喷涂隔热层，也可以为设置在头盔壳体中部的隔热嵌层；

所述环形线圈9两端施加激励信号通过电流时，在环形线圈9周围的空间产生圆形磁场，使微米磁性针椎阵列受到向下的吸引力；

所述频率发生器5用作负载电路的信号源或激励源，通过对频率发生器的相关参数进行设置，实现微米磁性针椎阵列周期性弯曲和持续振动，使液滴从微米磁性针椎阵列尖端输送到微米磁性针椎阵列底部。

所述磁控微针椎阵列捕雾集水头盔的捕雾集水方法，包括以下具体步骤：

（1）设置频率发生器的控制参数使频率发生器按照设定频率接通负载电路；

（2）负载电路未接通时，微米磁性针椎阵列完全直立，微米磁性针椎阵列顶部的亲水外层在浓雾中自主附着雾滴，雾滴形成微液滴，微液滴融合成液滴；频率发生器控制负载电路接通，通电的环形线圈在微米磁性针椎阵列的周围空间内产生圆形磁场，在圆形磁场的驱动下，磁性针椎阵列尖端受到向下的吸引力产生持续定向变形以形成风场，磁性针椎阵列的顶端和底端形成Laplace压差，加速磁性针椎阵列的顶端的液滴定向运动输送到磁性针椎阵列底端的疏水处实现液滴富集；

（3）磁性针椎阵列底端富集的液滴聚集长大，形成液流汇聚在头盔壳体的环形集液槽中，环形集液槽中的液流在重力作用下汇集在集液盒中以实现头盔的捕雾集水。

本发明的有益效果：

（1）本发明的磁控微针椎阵列捕雾集水头盔从雾、潮湿空气中迅速高效地定向收集雾气，实现了高效率、高产出的连续雾滴收集；

（2）本发明的磁控微针椎阵列捕雾集水头盔因其远程、无损、实时控制磁场改变微针椎的优点，在捕雾取水领域具有很好的应用前景；

（3）本发明的磁控微针椎阵列捕雾集水头盔实现了无风条件下的磁感应雾收集，特别是在低流速雾区、无风多雾地区具有广阔的应用前景；

（4）本发明的磁控微针椎阵列捕雾集水头盔雾滴的收集直接由功能表面完成，无冷凝发生，无需外部能量输入，在宽广的温度与湿度范围下可以实现有效的雾滴收集，在单兵作战短时间内满足基本水需求等军事领域拥有巨大应用前景。