二維非對稱（Janus）薄膜材料因其獨特的物理/化學性質，在柔性傳感、能源存儲與轉換、仿生驅動器等領域具有巨大的應用價值，近年來受到了越來越廣泛的關注和研究。為實現(xiàn)二維Janus薄膜材料在特定領域的應用，功能單元的選擇、界面集成和功能協(xié)同極為關鍵。
碳納米材料（碳納米管、石墨烯等）因其優(yōu)越的物理、化學以及電學性能，被認為是一種理想的導電、導熱功能單元材料。而高分子材料則具有碳材料所不具備的可拉伸性、化學功能性、刺激響應性等性質。因此如何將二者進行有效的界面結合，并實現(xiàn)其功能協(xié)同性應用具有重要意義。
為此，中科院寧波材料所陳濤研究員團隊開展了一系列工作。為實現(xiàn)碳納米材料的可控、高效組裝，科研人員發(fā)展了一種水-空界面毛細力誘導擠壓的方法，構建了大面積、可任意轉移的碳納米管薄膜（Chem. Mater., 2016, 28, 7125）。進一步研究人員發(fā)現(xiàn)，所獲得碳納米管薄膜在經(jīng)過后續(xù)的可控陳化組裝后，可在水-空界面實現(xiàn)非對稱的親疏水性（Chem. Commun., 2018, 54, 12804）。這種具有非對稱親疏水性的碳納米管薄膜可作為一種重要的活性功能平臺進行后續(xù)的界面非對稱復合，實現(xiàn)柔性可拉伸的傳感器件（Adv. Mater. Interfaces 2016, 3, 1600170; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6666）。
基于上述研究，最近，研究人員以水-空界面陳化組裝所得到的碳納米管進行原位的聚二甲基硅氧烷彈性體的非對稱界面可控集成，獲得了超薄、可拉伸、自粘附、自適性的Janus導電復合薄膜。通過調控導電單元和彈性單元的相對組成，可有效實現(xiàn)厚度、粘附性、導電性的有效調控。所得到的Janus超薄膜可沿著皮膚紋路緊密貼附，其可作為表皮電子器件，實現(xiàn)對人體肢體運動、生理脈搏信號的實時高靈敏檢測。還可作為自粘附的非支撐器件，對外界的非接觸性信號，如氣流抖動、微弱氣壓變化、空氣振動等實現(xiàn)高效探測。此外，所制備的Janus超薄膜具有良好的氣動驅動的性質，可在微小的氣壓下實現(xiàn)可控驅動行為；谶@些優(yōu)異的性質，研究人員構建了一種仿青蛙鳴囊的自傳感驅動器，能在氣動驅動下進行可控的驅動，驅動的過程中對碳管的拉伸會轉化為電信號進行輸出，在智能仿生皮膚領域具有潛在應用價值（ACS Nano, 2019, DOI:10.1021/acsnano.8b09600）。
▲非對稱界面復合構筑超薄膜Janus超薄膜
以上工作得到了國家自然科學基金（51573203）、中科院前沿科學重點研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）、中科院國際合作重點項目（174433KYSB20170061）的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b09600
