中国科学技術大学は2月28日、同大学工学部のマイクロ・ナノ工学研究室の胡燕雷教授と張雅超准研究員チームが、革新的なヤヌス薄膜の作業モードと保護モードを別々に検討していると発表した。 、軟質材料の伸張と剥離により、露出保護と隠れ保護の親水性微多孔性スロットチャネル、つまり作業/保護モードの切り替えを実現します。 研究結果は最近、Nature Communications誌に掲載された。
Janus フィルムは、独自の膜貫通型水輸送機能を備え、油水分離、水ミスト収集、ウェアラブル パッチなどに広く使用されています。 従来のヤヌスフィルムの機能は、片面化学コーティングで修飾された厚さ方向のマイクロチャネルに由来しており、このチャネルを通じて水を疎水性側から親水性側へ一方向に輸送することができます。 しかし、オフピーク時の化学コーティングの磨耗と空気中の汚染物質粒子によるマイクロチャネルの詰まりにより、ヤヌスフィルムの耐用年数は大幅に短縮されました。 ヤヌスフィルムの耐久性は、ますます緊急を要する実用化に直面して解決する必要がある緊急の課題です。
研究チームは、フェムト秒レーザーエッチングを利用して、事前に延伸したシリカ基板上に格子状の微細溝と微細孔からなる三次元マイクロチャネルを作製し、裏面はシリカゲル本来の疎水性を維持しながら、微細溝を親水性コーティングで修飾した。ヤヌスの機能を達成します。 シリコーンの剥離後、マイクロスロットとマイクロ細孔は閉じられ、マイクロチャネル内の親水性コーティングが機械的衝撃から保護されます。 ストレッチモードとリリース保護モードのオンデマンド切り替えにより、Janus フィルムに機械的耐久性が与えられます。 保護モードは継続的な機械的摩擦に耐えるだけでなく、親水性コーティングの破壊を遅らせる保管モードとしても機能し、長期間の一方向透水機能を実現します。
研究者らによると、ヤヌスフィルムが外部からの機械的摩擦や衝撃を受けた際に保護モードに積極的に切り替えることで、フィルムの耐久性が向上するという。 「モードスイッチング」戦略に基づいて、研究チームはフェムト秒レーザー微細加工法を利用して耐久性のあるヤヌスフィルムを作製した。 この保護モードにより、Janus フィルムに機械的耐久性が与えられ、2,000 摩擦サイクルと 10 日間の空気暴露後でも水滴の一方向透過性が維持されることがわかりました。 さらに、保護モードは、サンドペーパーの摩擦、指の圧力、砂の衝撃、テープの剥離などの過酷なテストに耐えました。
研究者らは、提案されたモード切り替え戦略には、多相分離と精製、マイクロ流体操作、ウェアラブル健康監視パッチなど、さまざまな分野でのヤヌスフィルムの実用化を進める大きな可能性があると述べている。
