Janus 一詞源自羅馬神話中掌管過去與未來的雙面神，寓意著這種材料兩面具備截然不同的特性。廣義來說，任何在組成、結(jié)構(gòu)、形態(tài)或物理性質(zhì)（如潤濕性、表面電荷）上存在不對稱性的薄膜，都可被稱為 Janus 膜。而 Janus 靜電紡絲膜——Janus Electrospun Membranes (JEM)則是通過靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜，它繼承了靜電紡絲材料高比表面積、高孔隙率的優(yōu)點，同時擁有精確調(diào)控的不對稱性能（圖1）。隨著不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，JEM 已成為一個獨立且經(jīng)典的研究分支。然而，這并不意味著 JEM 領(lǐng)域的發(fā)展是一條平坦且寬闊的道路。相反，JEM 的概念尚未深入人心，也未得到科學(xué)界的廣泛認(rèn)可。在此關(guān)鍵時刻，對 JEM 領(lǐng)域的制備方法、關(guān)鍵挑戰(zhàn)、潛在應(yīng)用以及未來發(fā)展方向進(jìn)行及時、系統(tǒng)且具有批判性的綜述具有重要意義。
圖1 Janus靜電紡膜（JEMs）概述。
近期，四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院楊璐銘教授/司一帆研究員聯(lián)合香港城市大學(xué)胡金蓮教授系統(tǒng)地對JEM所涵蓋的廣泛范疇及相關(guān)類別進(jìn)行了全面深入和具有針對性的梳理、分析和總結(jié)。作者根據(jù)層數(shù)和結(jié)構(gòu)的差異，對不同種類的 JEM 的構(gòu)建方法進(jìn)行了重點描述和討論（圖2）。作者認(rèn)為，多層JEM之間相對較弱的層間結(jié)合力是制約JEM走向?qū)嶋H應(yīng)用的最大障礙之一。于是通過各種化學(xué)和物理策略兩個方向，對增強層間結(jié)合力的現(xiàn)有策略進(jìn)行了介紹和比較，所涉及的原理、過程與挑戰(zhàn)是論述的核心（圖3）。
2025年7月4日，該綜述以“Janus Electrospun Membranes”為題發(fā)表在材料學(xué)頂刊Advanced Materials上（Adv. Mater. 2025, 2507498）。
圖2 JEM結(jié)構(gòu)設(shè)計策略。
作者在綜述中指出，Janus 靜電紡絲膜結(jié)構(gòu)設(shè)計核心在于實現(xiàn)精確的不對稱性調(diào)控，目前主要有三種設(shè)計策略：1）多層結(jié)構(gòu)設(shè)計是最常用的方法，主要是通過多次靜電紡絲逐層構(gòu)建不同特性的納米纖維層。實驗室中，只需更換紡絲溶液并調(diào)整參數(shù)，就能在同一基底上制備多層 JEM。在工業(yè)生產(chǎn)中，卷對卷靜電紡絲技術(shù)可實現(xiàn)多層 JEM 的連續(xù)制備，為規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2）復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計則是將靜電紡絲與其他技術(shù)結(jié)合，達(dá)到取長補短的目的。當(dāng)靜電紡絲作為主要方法時，可在納米纖維膜表面構(gòu)建功能性涂層；而當(dāng)靜電紡絲作為輔助方法時，納米纖維層可用于調(diào)節(jié)基底的潤濕性和物理性能等。3）單層結(jié)構(gòu)設(shè)計是最具挑戰(zhàn)性的策略，需要在數(shù)百納米至數(shù)百微米的尺度內(nèi)構(gòu)建不對稱性。而該方法的優(yōu)勢在于可以避免層與層的分離。
圖3 JEM層間結(jié)合強度增強策略研究。
作者也提出，多層 JEM 面臨的最大挑戰(zhàn)是層間結(jié)合力薄弱，容易在使用中發(fā)生分層和斷裂。研究者們開發(fā)了多種物理和化學(xué)策略來解決這一問題：1）物理策略包括加壓、超聲和結(jié)構(gòu)設(shè)計。2）化學(xué)策略主要依靠交聯(lián)反應(yīng)增強層間作用力。例如，通過熱處理使 SEBS 聚合物鏈間形成更強的相互作用，或利用多巴胺的超強粘附性在纖維表面形成涂層，促進(jìn)層間化學(xué)結(jié)合。這些方法能顯著提高膜的力學(xué)性能，但需要精確控制反應(yīng)位點和條件，技術(shù)難度較大。作者總結(jié)說，平衡孔隙率、結(jié)合強度和柔韌性之間的關(guān)系是優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵。研究者需根據(jù)應(yīng)用場景選擇性優(yōu)化性能，如可穿戴傳感器需優(yōu)先保證柔韌性，而工業(yè)過濾膜則需側(cè)重強度和孔隙率的平衡。
此外，根據(jù)不同的不對稱特性，本文系統(tǒng)綜述了 JEM 在單向?qū)瘛?/span>功能服裝、清潔能源、智能傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用，深入分析了 JEM 在各類應(yīng)用場景中的構(gòu)建方法、功能原理和關(guān)鍵機制（圖4）。
圖4具有單向?qū)裥阅?/span>的JEM機理及應(yīng)用
最后，作者認(rèn)為盡管JEM展現(xiàn)出廣闊前景，但其發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。工業(yè)化生產(chǎn)多層 JEM 的設(shè)備設(shè)計、層間結(jié)合力的進(jìn)一步提升、JEM 概念的普及與標(biāo)準(zhǔn)化等問題亟待解決。未來，通過開發(fā)新型聚合物材料、設(shè)計多孔連接層、集成人工智能優(yōu)化制備過程等方法，有望突破這些瓶頸。集成化生產(chǎn)將是 JEM 實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵（圖5）。下一代多功能靜電紡絲生產(chǎn)線應(yīng)涵蓋從聚合物溶液制備到最終產(chǎn)品的全流程，通過模塊化設(shè)計實現(xiàn)靈活配置。隨著技術(shù)的成熟，JEM 有望在智能服裝、可穿戴設(shè)備、環(huán)境治理等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，為我們的生活帶來革命性變化。在科學(xué)家與工程師的協(xié)同努力下，相信這種 "雙面神" 材料將在更多領(lǐng)域綻放光彩，為可持續(xù)發(fā)展和健康生活貢獻(xiàn)力量。
圖5 結(jié)論與展望
原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507498
