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  二維非對(duì)稱（Janus）薄膜材料因其獨(dú)特的物理/化學(xué)性質(zhì)，在柔性傳感、能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、仿生驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，近年來受到了越來越廣泛的關(guān)注和研究。為實(shí)現(xiàn)二維Janus薄膜材料在特定領(lǐng)域的應(yīng)用，功能單元的選擇、界面集成和功能協(xié)同極為關(guān)鍵。

  碳納米材料（碳納米管、石墨烯等）因其優(yōu)越的物理、化學(xué)以及電學(xué)性能，被認(rèn)為是一種理想的導(dǎo)電、導(dǎo)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(xué)功能性、刺激響應(yīng)性等性質(zhì)。因此如何將二者進(jìn)行有效的界面結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)其功能協(xié)同性應(yīng)用具有重要意義。

  為此，中科院寧波材料所陳濤研究員團(tuán)隊(duì)開展了一系列工作。為實(shí)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(xì)力誘導(dǎo)擠壓的方法，構(gòu)建了大面積、可任意轉(zhuǎn)移的碳納米管薄膜（Chem. Mater., 2016, 28, 7125）。進(jìn)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(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的親疏水性（Chem. Commun., 2018, 54, 12804）。這種具有非對(duì)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(tái)進(jìn)行后續(xù)的界面非對(duì)稱復(fù)合，實(shí)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(jìn)行原位的聚二甲基硅氧烷彈性體的非對(duì)稱界面可控集成，獲得了超薄、可拉伸、自粘附、自適性的Janus導(dǎo)電復(fù)合薄膜。通過調(diào)控導(dǎo)電單元和彈性單元的相對(duì)組成，可有效實(shí)現(xiàn)厚度、粘附性、導(dǎo)電性的有效調(diào)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(shí)現(xiàn)對(duì)人體肢體運(yùn)動(dòng)、生理脈搏信號(hào)的實(shí)時(shí)高靈敏檢測(cè)。還可作為自粘附的非支撐器件，對(duì)外界的非接觸性信號(hào)，如氣流抖動(dòng)、微弱氣壓變化、空氣振動(dòng)等實(shí)現(xiàn)高效探測(cè)。此外，所制備的Janus超薄膜具有良好的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的性質(zhì)，可在微小的氣壓下實(shí)現(xiàn)可控驅(qū)動(dòng)行為。基于這些優(yōu)異的性質(zhì)，研究人員構(gòu)建了一種仿青蛙鳴囊的自傳感驅(qū)動(dòng)器，能在氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行可控的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)的過程中對(duì)碳管的拉伸會(huì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行輸出，在智能仿生皮膚領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值（ACS Nano, 2019, DOI:10.1021/acsnano.8b09600）。

▲非對(duì)稱界面復(fù)合構(gòu)筑超薄膜Janus超薄膜

  以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51573203）、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（QYZDB-SSW-SLH036）、中科院國(guó)際合作重點(diǎn)項(xiàng)目（174433KYSB20170061）的資助。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b09600