Ngày 28 tháng 2 từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc được thông báo rằng Trường Cao đẳng Khoa học Kỹ thuật của trường, Giáo sư Hu Yanlei và cộng tác viên nghiên cứu Zhang Yachao của nhóm phòng thí nghiệm kỹ thuật nano vi mô, chế độ làm việc màng mỏng Janus cải tiến, chế độ bảo vệ được xem xét riêng , bằng cách kéo dài và giải phóng các vật liệu mềm để đạt được kênh khe vi mô ưa nước của lớp bảo vệ lộ ra và ẩn, tức là chuyển đổi chế độ làm việc/bảo vệ. Kết quả nghiên cứu gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Màng Janus được sử dụng rộng rãi trong tách dầu-nước, thu gom sương nước và các miếng vá có thể đeo được với chức năng vận chuyển nước định hướng xuyên màng độc đáo. Chức năng của màng Janus truyền thống bắt nguồn từ các vi mạch theo hướng độ dày được điều chỉnh bằng lớp phủ hóa học một mặt, qua đó nước có thể được vận chuyển theo hướng từ phía kỵ nước sang phía ưa nước. Tuy nhiên, sự hao mòn của lớp phủ hóa học và sự tắc nghẽn của các vi mạch do các hạt ô nhiễm trong không khí ở trạng thái ngoài giờ cao điểm đã làm giảm đáng kể tuổi thọ của màng Janus. Độ bền của màng Janus là một vấn đề cấp bách cần được giải quyết trước những ứng dụng thực tế ngày càng cấp bách.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp khắc laser femto giây để chuẩn bị các vi mạch ba chiều bao gồm các vi rãnh và vi lỗ giống như mạng tinh thể trên nền silica đã được kéo dãn trước và biến đổi các vi rãnh này bằng lớp phủ ưa nước, trong khi mặt sau vẫn duy trì tính kỵ nước nội tại của silica gel để đạt được hàm Janus. Sau khi giải phóng silicone, các khe siêu nhỏ và lỗ siêu nhỏ được đóng lại để bảo vệ lớp phủ ưa nước bên trong các kênh vi mô khỏi các tác động cơ học. Việc chuyển đổi theo yêu cầu của chế độ kéo dài và chế độ bảo vệ nhả mang lại độ bền cơ học cho màng Janus. Chế độ bảo vệ không chỉ chống lại ma sát cơ học liên tục mà còn hoạt động như một chế độ lưu trữ để làm chậm quá trình hư hỏng của lớp phủ ưa nước, thực hiện chức năng thấm nước một chiều trong thời gian dài.
Theo các nhà nghiên cứu, độ bền của màng Janus được cải thiện bằng cách chủ động chuyển sang chế độ bảo vệ khi màng gặp ma sát hoặc tác động cơ học bên ngoài. Dựa trên chiến lược "chuyển đổi chế độ", nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp chế tạo vi mô bằng laser femto giây để chuẩn bị các màng Janus bền bỉ. Người ta nhận thấy rằng chế độ bảo vệ đã mang lại độ bền cơ học cho màng Janus, duy trì khả năng thấm một chiều của các giọt nước sau 2,{2}} chu kỳ ma sát và 10 ngày tiếp xúc với không khí. Ngoài ra, chế độ bảo vệ còn chịu được các thử nghiệm khắc nghiệt như chà xát bằng giấy nhám, ấn ngón tay, va đập với cát và bong tróc băng dính.
Các nhà nghiên cứu cho biết chiến lược chuyển đổi chế độ được đề xuất của họ có tiềm năng đáng kể trong việc thúc đẩy các ứng dụng thực tế của màng Janus trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm tách và tinh chế đa pha, thao tác vi lỏng và miếng dán theo dõi sức khỏe có thể đeo được.
