Το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC) έμαθε στις 28 Φεβρουαρίου ότι μια ομάδα του καθηγητή Hu Yanlei και του αναπληρωτή ερευνητή Zhang Yachao από το Micro and Nano Engineering Laboratory της Σχολής Μηχανικών Επιστημών του USTC εξέτασε καινοτόμα τον τρόπο λειτουργίας και λειτουργία προστασίας των μεμβρανών Janus ξεχωριστά, και υλοποίησε την προστασία των υδρόφιλων καναλιών μικροπόρου-αυλακιού τόσο σε εκτεθειμένο όσο και σε κρυφό τρόπο λειτουργίας, δηλαδή την εναλλαγή των τρόπων εργασίας/προστασίας, μέσω του τεντώματος και της απελευθέρωσης των μαλακών υλικών. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Nature Communications.
Οι μεμβράνες Janus χρησιμοποιούνται ευρέως στον διαχωρισμό λαδιού-νερού, στη συλλογή νερού-ομίχλης και φορετών επιθεμάτων με τη μοναδική διαμεμβρανική λειτουργία μεταφοράς νερού. Η λειτουργικότητα των παραδοσιακών μεμβρανών Janus προέρχεται από μικροκανάλια στην κατεύθυνση του πάχους τροποποιημένα με μονόπλευρη χημική επίστρωση, μέσω της οποίας το νερό μπορεί να μεταφερθεί κατευθυντικά από την υδρόφοβη στην υδρόφιλη επιφάνεια. Ωστόσο, η φθορά της χημικής επικάλυψης και η απόφραξη των μικροκαναλιών από σωματίδια ρύπων του αέρα σε κατάσταση εκτός αιχμής έχουν μειώσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής των φιλμ Janus. Η ανθεκτικότητα των ταινιών Janus είναι ένα ζήτημα που πρέπει να αντιμετωπιστεί προκειμένου να ικανοποιηθούν οι αυξανόμενες απαιτήσεις των πραγματικών εφαρμογών.
Χρησιμοποιώντας χάραξη λέιζερ femtosecond, η ερευνητική ομάδα ετοίμασε τρισδιάστατα μικροκανάλια αποτελούμενα από μικροαυλάκια και μικροπόρους τύπου πλέγματος σε ένα προτεταμένο υπόστρωμα πυριτίας και τροποποίησε τις μικροαυλακώσεις με μια υδρόφιλη επίστρωση, ενώ η πίσω πλευρά των μικροαυλακώσεων διατήρησε την εγγενή υδροφοβικότητα τζελ για την πραγματοποίηση της λειτουργικότητας του Janus. Μετά την απελευθέρωση της σιλικόνης, οι μικροθυρίδες και οι μικροπόροι κλείνουν για να προστατεύσουν την υδρόφιλη επίστρωση στο εσωτερικό των μικροκαναλιών από μηχανικές κρούσεις. Η κατ' απαίτηση εναλλαγή της λειτουργίας τεντώματος και της λειτουργίας προστασίας απελευθέρωσης δίνει στο φιλμ Janus μηχανική ανθεκτικότητα. Η λειτουργία προστασίας όχι μόνο αντιστέκεται στη συνεχή μηχανική τριβή, αλλά λειτουργεί και ως λειτουργία αποθήκευσης για να επιβραδύνει την αστοχία της υδρόφιλης επίστρωσης, πραγματοποιώντας τη λειτουργία μονοκατευθυντικής διαπερατότητας νερού για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ανθεκτικότητα του φιλμ Janus βελτιώνεται με ενεργή εναλλαγή στη λειτουργία προστασίας όταν το φιλμ αντιμετωπίζει εξωτερική μηχανική τριβή ή κρούση. Με βάση τη στρατηγική «αλλαγής λειτουργίας», η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια μέθοδο μικροκατασκευής με λέιζερ femtosecond για να παρασκευάσει ανθεκτικά φιλμ Janus. Διαπιστώθηκε ότι η προστατευτική λειτουργία έδωσε στο φιλμ Janus μηχανική αντοχή, διατηρώντας τη μονοκατευθυντική διαπερατότητα των σταγονιδίων νερού μετά από 2,000 κύκλους τριβής και 10 ημέρες έκθεσης στον αέρα. Επιπλέον, η λειτουργία προστασίας άντεξε σκληρές δοκιμές όπως τρίψιμο γυαλόχαρτου, πίεση στα δάχτυλα, κρούση άμμου και ξεφλούδισμα ταινίας.
Οι ερευνητές λένε ότι η προτεινόμενη στρατηγική εναλλαγής τρόπου λειτουργίας έχει σημαντικές δυνατότητες για την προώθηση των πρακτικών εφαρμογών των φιλμ Janus σε διάφορους τομείς, όπως ο διαχωρισμός και ο καθαρισμός πολλαπλών φάσεων, ο χειρισμός μικρορευστών και τα φορητά επιθέματα παρακολούθησης της υγείας.
