Kinas Universitet for Videnskab og Teknologi (USTC) har den 28. februar erfaret, at et hold af professor Hu Yanlei og Associate Researcher Zhang Yachao fra Micro and Nano Engineering Laboratory ved School of Engineering Sciences ved USTC innovativt har overvejet arbejdsmetoden og beskyttelsestilstand af Janus-film separat, og realiserede beskyttelsen af hydrofile mikropore-rille-kanaler i både udsatte og skjulte tilstande, dvs. skift af arbejds-/beskyttelsestilstande gennem strækning og frigivelse af de bløde materialer. Forskningsresultaterne er for nylig offentliggjort i Nature Communications.
Janus-film er meget udbredt til olie-vand-separation, vand-tågeopsamling og bærbare plastre med deres unikke transmembran-orienterede vandtransportfunktion. Funktionaliteten af traditionelle Janus-film stammer fra mikrokanaler i tykkelsesretningen modificeret med en enkeltsidet kemisk belægning, hvorigennem vand kan transporteres retningsbestemt fra den hydrofobe til den hydrofile overflade. Imidlertid har slitagen af den kemiske belægning og tilstopningen af mikrokanalerne af luftbårne forurenende partikler i lav-spidstilstand i høj grad forkortet levetiden for Janus-film. Holdbarheden af Janus-film er et problem, der skal løses for at imødekomme de stigende krav fra virkelige applikationer.
Ved hjælp af femtosekund laserætsning forberedte forskerholdet tredimensionelle mikrokanaler bestående af gitterlignende mikroriller og mikroporer på et forudstrakt silicasubstrat og modificerede mikrorillerne med en hydrofil belægning, mens bagsiden af mikrorillerne bibeholdt silicaens iboende hydrofobicitet gel for at realisere Janus funktionalitet. Efter frigivelsen af silikonen lukkes mikrospalterne og mikroporerne for at beskytte den hydrofile belægning inde i mikrokanalerne mod mekaniske påvirkninger. On-demand skift af stretching mode og release protection mode giver Janus filmen mekanisk holdbarhed. Beskyttelsestilstanden modstår ikke kun kontinuerlig mekanisk friktion, men fungerer også som en opbevaringstilstand for at bremse svigtet af den hydrofile belægning, hvilket realiserer den ensrettede vandpermeabilitetsfunktion i en lang periode.
Ifølge forskerne forbedres Janus-filmens holdbarhed ved aktivt at skifte til beskyttelsestilstanden, når filmen støder på ydre mekanisk friktion eller stød. Baseret på "mode-switching"-strategien brugte forskerholdet en femtosekund lasermikrofremstillingsmetode til at fremstille holdbare Janus-film. Det blev konstateret, at den beskyttende tilstand gav Janus-filmen mekanisk holdbarhed, hvilket bibeholdt den ensrettede permeabilitet af vanddråber efter 2,000 friktionscyklusser og 10 dages eksponering for luft. Derudover modstod beskyttelsestilstanden hårde tests såsom gnidning af sandpapir, fingertryk, sandstød og tapeafskalning.
Forskerne siger, at deres foreslåede mode-switching-strategi har et betydeligt potentiale for at fremme de praktiske anvendelser af Janus-film på en række forskellige områder, herunder flerfaseseparation og oprensning, mikrofluidisk manipulation og bærbare sundhedsovervågningsplastre.
