Am 28. Februar wurde von der Universität für Wissenschaft und Technologie in China darüber informiert, dass die Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität, Professor Hu Yanlei und der assoziierte Forscher Zhang Yachao im Mikro-Nano-Engineering-Labor, den innovativen Janus-Dünnfilm-Arbeitsmodus und den Schutzmodus separat betrachten , durch Dehnung und Freigabe weicher Materialien, um einen hydrophilen mikroporösen Schlitzkanal des freiliegenden und verborgenen Schutzes zu erreichen, d. h. Arbeits-/Schutzmodus-Umschaltung. 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, durch die Wasser gerichtet von der hydrophoben Seite zur hydrophilen Seite 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 dringendes Problem, das angesichts immer dringlicherer praktischer Anwendungen gelöst werden muss.
Das Forschungsteam nutzte Femtosekunden-Laserätzung, um dreidimensionale Mikrokanäle bestehend aus gitterartigen Mikrorillen und Mikroporen auf einem vorgestreckten Silikatsubstrat herzustellen und modifizierte die Mikrorillen mit einer hydrophilen Beschichtung, während die Rückseite weiterhin die intrinsische Hydrophobie des Silikagels beibehält Erreichen Sie die Janus-Funktion. 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.
