El 28 de febrero de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China se informó que la Facultad de Ciencias de la Ingeniería de la universidad, el profesor Hu Yanlei y el investigador asociado Zhang Yachao del equipo del laboratorio de micronanoingeniería, consideraron por separado el innovador modo de trabajo de película delgada Janus y el modo de protección. , estirando y liberando materiales blandos para lograr un canal de ranura microporoso hidrófilo de la protección expuesta y oculta, es decir, cambio de modo de trabajo/protección. Los resultados de la investigación se publicaron recientemente en Nature Communications.
Las películas Janus se utilizan ampliamente en la separación de agua y aceite, la recolección de neblina de agua y parches portátiles con su función única de transporte de agua orientada a transmembrana. La funcionalidad de las películas Janus tradicionales proviene de microcanales en la dirección del espesor modificados con un recubrimiento químico de una sola cara, a través de los cuales el agua puede transportarse direccionalmente desde el lado hidrófobo al lado hidrófilo. Sin embargo, el desgaste del recubrimiento químico y la obstrucción de los microcanales por partículas contaminantes en el aire en el estado de menor actividad han acortado en gran medida la vida útil de las películas Janus. La durabilidad de las películas Janus es una cuestión urgente que debe resolverse ante aplicaciones prácticas cada vez más urgentes.
El equipo de investigación utilizó grabado con láser de femtosegundo para preparar microcanales tridimensionales que consisten en microsurcos y microporos en forma de celosía sobre un sustrato de sílice preestirado, y modificó los microsurcos con un recubrimiento hidrófilo, mientras que la parte posterior aún mantiene la hidrofobicidad intrínseca del gel de sílice para lograr la función de Janus. Después de la liberación de la silicona, las microranuras y los microporos se cierran para proteger el recubrimiento hidrófilo dentro de los microcanales contra impactos mecánicos. El cambio bajo demanda del modo de estiramiento y el modo de protección de liberación le da a la película Janus durabilidad mecánica. El modo de protección no solo resiste la fricción mecánica continua, sino que también actúa como un modo de almacenamiento para frenar la falla del recubrimiento hidrófilo, realizando la función de permeabilidad al agua unidireccional durante un largo período de tiempo.
Según los investigadores, la durabilidad de la película Janus mejora al cambiar activamente al modo de protección cuando la película encuentra fricción o impacto mecánico externo. Basándose en la estrategia de "cambio de modo", el equipo de investigación utilizó un método de microfabricación con láser de femtosegundo para preparar películas duraderas de Janus. Se encontró que el modo protector le dio a la película Janus durabilidad mecánica, manteniendo la permeabilidad unidireccional de las gotas de agua después de 2,000 ciclos de fricción y 10 días de exposición al aire. Además, el modo de protección resistió duras pruebas como el roce con papel de lija, la presión de los dedos, el impacto de la arena y el desprendimiento de la cinta.
Los investigadores dicen que su estrategia de cambio de modo propuesta tiene un potencial significativo para avanzar en las aplicaciones prácticas de las películas de Janus en una variedad de campos, incluida la separación y purificación multifase, la manipulación de microfluidos y los parches portátiles de monitoreo de la salud.
