哈工大邵路教授團隊Materials Horizons：膠帶成就多功能水單通道Janus膜

【引言】

面向能源環境等領域應用的Janus膜是一個新興概念，水單通道Janus膜是指在兩側表面非對稱性潤濕特性的驅動下，水滴可以在Janus膜的三維多孔橫截面層間發生各向異性運輸，即液體“二極管”現象，該特性使得Janus膜在流體操縱、集霧、集水、微全分析等領域有巨大應用前景。但是目前的Janus膜存在制備工藝復雜和成本較高等缺點，阻礙了Janus的實際應用。此外，如何賦予Janus膜以多功能性和更加新穎的應用仍然是一個挑戰。因此開發簡易的制備方法和探索多功能化響應的Janus膜具有重要意義。

【成果簡介】

哈爾濱工業大學邵路教授課題組和成中軍副研究員基于商業化聚四氟乙烯（PTFE）/聚對苯二甲酸乙二酯（PET）復合微濾膜的獨特結構和疏水特性，通過概念驗證的方法巧妙地設計了一種制備多功能水單通道Janus膜的簡便方法——涂覆/剝離法。通過多功能表面改性賦予微濾基膜以智能響應性，通過膠帶剝離方法撕掉改性膜的PTFE層，暴露未被改性的疏水PET并在其表面產生大量疏水的PTFE碎片并形成微納結構，最終產生新的高疏水性表面。暴露的薄疏水面與功能化修飾后的親水面構成了多功能水單通道Janus膜。相關研究成果發表于Materials Horizons期刊上（Mater. Horiz., 2017,?4,?701-708）（影響因子10.706）。

【圖片導讀】

圖1. 水單通道Janus膜的制備及應用示意圖

圖2. 水單通道Janus膜的SEM，水接觸角，制備過程示意及數碼照片

a）Janus膜制備前后的SEM圖片

b）Janus膜制備前后的接觸角變化

c）Janus膜制備過程的示意及數碼照片

d-f）Janus膜頂面兩種不同類型的表面

g）Janus膜頂面和底面接觸角照片

圖3. Janus膜的水單通道行為，機理解釋，收集油面水滴，無損運輸及機理解釋

a）Janus膜的水單通道行為

b）水單通道行為的可能機理解釋

c）Janus小船收集油面水滴，無損運輸

d）無損運輸的可能機理解釋

圖4. 磁性Janus膜的SEM，XPS，接觸角

a-d）磁性Janus膜的SEM?

e）磁性Janus膜制備前后的XPS

f）磁性Janus膜的接觸角

圖5. 磁性Janus膜的SEM，染料吸附性能，制備的小船圖片，收集和凈化印染廢水

a-b）磁性Janus膜的SEM?

c）磁性Janus膜的染料吸附性能

d）磁性Janus膜制備的小船的照片

e）磁性Janus小船收集和凈化印染廢水視頻截圖

圖6. pH響應Janus膜的接觸角，pH響應的單通道性能示意及視頻截圖

a）羧基終端的11-巰基十一烷酸的分子式

b）不同pH值下Janus膜兩面的接觸角

c-d）磁性Janus膜的pH響應的單通道性能示意及視頻截圖

【總結】

本文提供了一種新型多功能Janus膜的設計方法，制備方法極其簡單，可應用于商業化的復合微濾膜，該方法可與各種功能改性方法耦合，制備出多種多樣的多功能Janus膜，并且通過改變涂層的功能性可實現多功能Janus膜的個性化訂制。該成果的研究思路將為Janus膜材料的發展提供理論與實踐借鑒，同時多功能Janus膜的制備對于Janus膜新特性及相關智能裝置的開發研究具有重要意義，并可促進Janus膜從科學概念向實用商品化材料的轉化。

文章鏈接：Simply realizing “water diode” Janus membranes for multifunctional smart applications（Mater. Horiz., 2017, 4, 701-708,DOI: 10.1039/C7MH00216E）

邵路教授主頁：http://homepage.hit.edu.cn/pages/shaolu,

http://www.polymer.cn/ss/shaolu/index.html

本文由材料人生物材料組Allen整理。

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