日前，南京师范大学未来光电功能材料研究中心刘慈慧、狄云松、甘志星团队在仿生Janus浸润性薄膜方面取得最新进展。团队成员受到荷叶和沙漠甲虫背壳的启发，开发了一种新颖的由蜡烛烟灰和弹性PU/P(NiPAAm-bis-AA)聚合物制备的结构色薄膜，这种薄膜具有两面不同的浸润性，可以在复杂液体表面的通过马兰戈尼效应诱导的定向迁移来应激响应环境变量的变化，并依靠薄膜结构色变化来定量反馈外界刺激，该研究有望用于可视化水质监测。该研究成果发表在国际顶级期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
图：结合刺激响应结构色薄膜与蜡烛烟尘涂层的优点，提出了受多生物启发的可浸润性机器装置的设计方案。
近年来，由于其在油水分离、雾汽集水和液滴输运等领域良好的应用前景，两面具有不同浸润性的仿生Janus浸润性薄膜受到了越来越多的关注。然而，能够实时、肉眼可见并且定性定量反应外界刺激响应性信号的Janus浸润性薄膜仍有待研究。
团队受到荷叶和沙漠甲虫背壳功能的启发，制备了PU/P(NiPAAm-bis-AA)反蛋白石支架，再利用蜡烛烟灰的超疏水性能，构建了能够定性定量反应水质变化的Janus浸润性薄膜。团队所制备的仿生Janus浸润性薄膜下表面是具有周期性反蛋白石结构大孔洞的超亲水表面，其同时具有明亮的结构色彩。薄膜的上表面则附有蜡烛烟灰，使其具有超疏水性。上下表面相异的超浸润性能使其具有优秀的气液界面稳定性，能够稳定的漂浮在水面。在复杂液体环境中独特的稳定性和结构颜色传感能力赋予该薄膜在面对外部的刺激时，不仅可以通过马兰戈尼效应诱导的定向迁移来应激响应环境变量的变化，而且还可以通过薄膜结构色变化来定量反馈外界的刺激信号。这些特征展示了该Janus浸润性薄膜作为未来公开水域智能水质监测机器人的潜力。
此项工作由南京师范大学未来光电功能材料研究中心与淮安市天达医疗器械有限公司合作完成。其中，南京师范大学硕士研究生张欣然是该论文的第一作者。相关研究工作得到了国家自然科学基金、南京师范大学等项目的资助。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010406
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