University of Science and Technology of China (USTC) fick veta den 28 februari att ett team av professor Hu Yanlei och biträdande forskare Zhang Yachao från Micro and Nano Engineering Laboratory vid School of Engineering Sciences vid USTC innovativt har övervägt arbetssättet och skyddsläge för Janus-filmer separat, och insåg skyddet av hydrofila mikropor-spårkanaler i både exponerade och dolda lägen, dvs. bytet av arbets-/skyddslägen, genom sträckning och frigöring av de mjuka materialen. Forskningsresultaten publicerades nyligen i Nature Communications.
Janus-filmer används i stor utsträckning i olje-vattenseparation, vattendimmauppsamling och bärbara plåster med sin unika transmembranorienterade vattentransportfunktion. Funktionaliteten hos traditionella Janus-filmer härrör från mikrokanaler i tjockleksriktningen modifierade med en enkelsidig kemisk beläggning, genom vilken vatten kan transporteras riktningsmässigt från den hydrofoba till den hydrofila ytan. Men slitaget på den kemiska beläggningen och igensättningen av mikrokanalerna av luftburna föroreningar i lågtoppstillstånd har avsevärt förkortat livslängden för Janus-filmer. Hållbarheten hos Janus-filmer är en fråga som måste åtgärdas för att möta de ökande kraven från verkliga tillämpningar.
Med hjälp av femtosekundlaseretsning förberedde forskargruppen tredimensionella mikrokanaler bestående av gitterliknande mikrospår och mikroporer på ett försträckt kiseldioxidsubstrat och modifierade mikrospåren med en hydrofil beläggning, medan baksidan av mikrospåren bibehöll kiseldioxidens inneboende hydrofobicitet gel för att realisera Janus funktionalitet. Efter att silikonen släppts stängs mikroslitsarna och mikroporerna för att skydda den hydrofila beläggningen inuti mikrokanalerna mot mekaniska stötar. Omkopplingen på begäran av sträckningsläge och frigöringsskyddsläge ger Janus-filmen mekanisk hållbarhet. Skyddsläget motstår inte bara kontinuerlig mekanisk friktion, utan fungerar också som ett lagringsläge för att bromsa felet i den hydrofila beläggningen, vilket förverkligar den enkelriktade vattenpermeabilitetsfunktionen under en lång tidsperiod.
Enligt forskarna förbättras hållbarheten hos Janus-filmen genom att aktivt byta till skyddsläget när filmen stöter på yttre mekanisk friktion eller slag. Baserat på strategin för "mode-switching" använde forskargruppen en femtosekund lasermikrotillverkningsmetod för att förbereda hållbara Janus-filmer. Det visade sig att skyddsläget gav Janus-filmen mekanisk hållbarhet, vilket bibehöll den enkelriktade permeabiliteten för vattendroppar efter 2, 000 friktionscykler och 10 dagars exponering för luft. Dessutom klarade skyddsläget hårda tester som gnidning av sandpapper, fingertryck, sandstöt och tejpflossning.
Forskarna säger att deras föreslagna lägesväxlingsstrategi har betydande potential för att främja de praktiska tillämpningarna av Janus-filmer inom en mängd olika områden, inklusive flerfasseparation och rening, mikrofluidisk manipulation och bärbara hälsoövervakningsplåster.
