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  近年來，具有Janus結構的聚合物復合薄膜在柔性電子、分離/純化、傷口愈合和響應型智能執(zhí)行器等領域受到越來越多的關注。許多生物材料如細胞膜和荷葉在其兩面表現出兩種不同的結構構成，賦予其特殊的物理化學性質和功能，也激發(fā)研究人員開發(fā)具有類似Janus結構或成分的功能化薄膜。通常，Janus功能薄膜可以通過非對稱制造（薄膜形成過程中形成Janus結構）和非對稱修飾（后改性形成Janus結構）來構建。非對稱制造策略包括多層靜電紡絲和多層真空過濾法。非對稱修飾包括光降解或光交聯、層層沉積和多層表面改性等實現。而上述大多數策略都存在耗時長、步驟繁瑣和生產效率低下的問題。因此，開發(fā)一種制造簡單、經濟高效和可批量化生產的策略制備具有Janus結構的功能薄膜仍然備受期待。

圖1 重力輔助自然沉降法制備具有Janus結構的聚合物復合薄膜的制備

  在自然系統中，借助重力作用的自然沉積現象可以將固體顆粒與自然分散系統分離，對水生和河岸生態(tài)循環(huán)系統具有重要作用。受這種自然現象的啟發(fā)，廣州大學分析科學技術研究中心牛利教授團隊報道了一種自然沉降輔助策略用來制備在空間結構和導電性上具有Janus性質的聚合物基復合薄膜。部分典型的二維納米材料（石墨烯、氮化硼和石墨）和一維納米顆粒（二氧化鈦和鈦酸鋇）被引入聚偏二氟乙烯（PVDF）有機介質或水性聚氨酯（WPU）水性介質中，以制造多種具有Janus結構的功能化薄膜。當納米材料在分散介質中的重力值大于浮力和拖曳力之和時，這些納米片和納米顆粒可以自發(fā)地遷移到分散介質的底部，除去溶劑后，得到具有頂部聚合物層和底部復合層的Janus薄膜。以WPU/graphene為例，由于石墨烯納米片在底部復合層內的聚集和堆疊，WPU/graphene薄膜表現出超高導電性，基于此制備的柔性加熱器可以在1.5 V的超低電壓下實現145℃的高溫。同時，厚度為0.165 mm的PVDF/石墨薄膜具有25.1 dB的高電磁干擾屏蔽效率。同時，得益于復合層的高導電性和PVDF層的高電負性，Janus PVDF/石墨薄膜可用于制備高性能摩擦電納米發(fā)電機，而無需額外使用電荷收集層。這項研究策略為我們提供了開發(fā)更多Janus功能性復合薄膜的機會。該工作以“Natural Sedimentation-Assisted Fabrication of Janus Functional Films for Versatile Applications in Joule Heating, Electromagnetic Interference Shielding and Triboelectric Nanogenerator”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。文章第一作者是廣州大學博士后李偉燕博士，通訊作者為廣州大學青年教師宋忠乾博士和牛利教授。該研究得到國家自然科學基金、博士后科學基金面上項目和廣州市青年科技人才托舉項目的支持。 

圖2 Janus WPU/graphene薄膜用于柔性焦耳熱加熱器件

 圖4 Janus PVDF/graphite薄膜用于構建高性能摩擦納米發(fā)電機

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140606