Die University of Science and Technology of China (USTC) hat am 28. Februar erfahren, dass ein Team aus Professor Hu Yanlei und dem assoziierten Forscher Zhang Yachao vom Micro and Nano Engineering Laboratory der School of Engineering Sciences der USTC den Arbeitsmodus und die Arbeitsweise innovativ untersucht hat Wir haben den Schutzmodus von Janus-Filmen separat untersucht und den Schutz hydrophiler Mikroporenrillenkanäle sowohl im freigelegten als auch im verborgenen Modus realisiert, d. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in Nature Communications veröffentlicht.
Janus-Filme werden aufgrund ihrer einzigartigen transmembranorientierten Wassertransportfunktion häufig bei der Öl-Wasser-Trennung, der Wassernebelsammlung und bei tragbaren Pflastern eingesetzt. Die Funktionalität traditioneller Janus-Filme beruht auf Mikrokanälen in Dickenrichtung, die mit einer einseitigen chemischen Beschichtung modifiziert sind und durch die Wasser gerichtet von der hydrophoben zur hydrophilen Oberfläche transportiert werden kann. Allerdings haben der Verschleiß der chemischen Beschichtung und die Verstopfung der Mikrokanäle durch luftgetragene Schadstoffpartikel in der Nebensaison die Lebensdauer der Janus-Folien stark verkürzt. Die Haltbarkeit von Janus-Filmen ist ein Problem, das angegangen werden muss, um den steigenden Anforderungen realer Anwendungen gerecht zu werden.
Mittels Femtosekunden-Laserätzung präparierte das Forschungsteam dreidimensionale Mikrokanäle bestehend aus gitterartigen Mikrorillen und Mikroporen auf einem vorgestreckten Silikatsubstrat und modifizierte die Mikrorillen mit einer hydrophilen Beschichtung, während die Rückseite der Mikrorillen die intrinsische Hydrophobie des Silikats beibehielt Gel zur Realisierung der Janus-Funktionalität. Nach der Freisetzung des Silikons werden die Mikroschlitze und Mikroporen verschlossen, um die hydrophile Beschichtung im Inneren der Mikrokanäle vor mechanischen Einwirkungen zu schützen. Das bedarfsgesteuerte Umschalten des Dehnungsmodus und des Freigabeschutzmodus verleiht dem Janus-Film mechanische Haltbarkeit. Der Schutzmodus widersteht nicht nur kontinuierlicher mechanischer Reibung, sondern fungiert auch als Speichermodus, um das Versagen der hydrophilen Beschichtung zu verlangsamen und so die unidirektionale Wasserdurchlässigkeitsfunktion über einen langen Zeitraum zu realisieren.
Den Forschern zufolge wird die Haltbarkeit der Janus-Folie verbessert, indem aktiv in den Schutzmodus geschaltet wird, wenn die Folie äußerer mechanischer Reibung oder Stößen ausgesetzt ist. Basierend auf der „Mode-Switching“-Strategie nutzte das Forschungsteam eine Femtosekundenlaser-Mikrofabrikationsmethode, um langlebige Janus-Filme herzustellen. Es wurde festgestellt, dass der Schutzmodus dem Janus-Film mechanische Haltbarkeit verleiht und die unidirektionale Durchlässigkeit von Wassertröpfchen nach 2 000 Reibungszyklen und 10 Tagen Lufteinwirkung aufrechterhält. Darüber hinaus hielt der Schutzmodus harten Tests stand, wie z. B. dem Reiben mit Sandpapier, Fingerdruck, Sandeinwirkung und dem Ablösen des Klebebands.
Die Forscher sagen, dass ihre vorgeschlagene Mode-Switching-Strategie ein erhebliches Potenzial für die Weiterentwicklung der praktischen Anwendungen von Janus-Filmen in einer Vielzahl von Bereichen hat, darunter Mehrphasentrennung und -reinigung, mikrofluidische Manipulation und tragbare Gesundheitsüberwachungspflaster.
