哈工大邵路教授团队Materials Horizons：胶带成就多功能水单通道Janus膜

【引言】

面向能源环境等领域应用的Janus膜是一个新兴概念，水单通道Janus膜是指在两侧表面非对称性润湿特性的驱动下，水滴可以在Janus膜的三维多孔横截面层间发生各向异性运输，即液体“二极管”现象，该特性使得Janus膜在流体操纵、集雾、集水、微全分析等领域有巨大应用前景。但是目前的Janus膜存在制备工艺复杂和成本较高等缺点，阻碍了Janus的实际应用。此外，如何赋予Janus膜以多功能性和更加新颖的应用仍然是一个挑战。因此开发简易的制备方法和探索多功能化响应的Janus膜具有重要意义。

【成果简介】

哈尔滨工业大学邵路教授课题组和成中军副研究员基于商业化聚四氟乙烯（PTFE）/聚对苯二甲酸乙二酯（PET）复合微滤膜的独特结构和疏水特性，通过概念验证的方法巧妙地设计了一种制备多功能水单通道Janus膜的简便方法——涂覆/剥离法。通过多功能表面改性赋予微滤基膜以智能响应性，通过胶带剥离方法撕掉改性膜的PTFE层，暴露未被改性的疏水PET并在其表面产生大量疏水的PTFE碎片并形成微纳结构，最终产生新的高疏水性表面。暴露的薄疏水面与功能化修饰后的亲水面构成了多功能水单通道Janus膜。相关研究成果发表于Materials Horizons期刊上（Mater. Horiz., 2017, 4, 701-708）（影响因子10.706）。

【图片导读】

图1. 水单通道Janus膜的制备及应用示意图

图2. 水单通道Janus膜的SEM，水接触角，制备过程示意及数码照片

a）Janus膜制备前后的SEM图片

b）Janus膜制备前后的接触角变化

c）Janus膜制备过程的示意及数码照片

d-f）Janus膜顶面两种不同类型的表面

g）Janus膜顶面和底面接触角照片

图3. Janus膜的水单通道行为，机理解释，收集油面水滴，无损运输及机理解释

a）Janus膜的水单通道行为

b）水单通道行为的可能机理解释

c）Janus小船收集油面水滴，无损运输

d）无损运输的可能机理解释

图4. 磁性Janus膜的SEM，XPS，接触角

a-d）磁性Janus膜的SEM 

e）磁性Janus膜制备前后的XPS

f）磁性Janus膜的接触角

图5. 磁性Janus膜的SEM，染料吸附性能，制备的小船图片，收集和净化印染废水

a-b）磁性Janus膜的SEM 

c）磁性Janus膜的染料吸附性能

d）磁性Janus膜制备的小船的照片

e）磁性Janus小船收集和净化印染废水视频截图

图6. pH响应Janus膜的接触角，pH响应的单通道性能示意及视频截图

a）羧基终端的11-巯基十一烷酸的分子式

b）不同pH值下Janus膜两面的接触角

c-d）磁性Janus膜的pH响应的单通道性能示意及视频截图

【总结】

本文提供了一种新型多功能Janus膜的设计方法，制备方法极其简单，可应用于商业化的复合微滤膜，该方法可与各种功能改性方法耦合，制备出多种多样的多功能Janus膜，并且通过改变涂层的功能性可实现多功能Janus膜的个性化订制。该成果的研究思路将为Janus膜材料的发展提供理论与实践借鉴，同时多功能Janus膜的制备对于Janus膜新特性及相关智能装置的开发研究具有重要意义，并可促进Janus膜从科学概念向实用商品化材料的转化。

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

邵路教授主页：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组Allen整理。

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