新进展 || 中科院宁波材料所陈涛课题组《AMR》：面向柔性传感器、致动器及相关领域的碳基Janus薄膜
The following article is from 高分子科学前沿 Author 高分子科学前沿
碳基Janus薄膜的制造策略
固体支撑物理策略：改策略主要采用优异的溶液加工性使碳纳米材料能够通过湿法工艺轻松形成组装薄膜。这样就可以在相应的固体基底上形成Janus结构薄膜。典型薄膜成型的策略包括落铸、喷涂、真空过滤、印刷等。比如在传统的滴涂工艺中，碳基功能层和聚合物基材之间的弱范德华相互作用导致具有弱界面强度的双层Janus结构。除了范德华相互作用，氢键、π-π堆积或配位键等弱相互作用也可用于形成双层Janus结构。
固体支撑化学策略：该策略主要通过对单片薄膜的一侧或两侧进行不对称化学修饰，在薄膜上修饰上共价小分子基团或聚合物接枝从而实现Janus的结构。常用的化学修饰方法包括光氯化、氟化、异戊二烯化、重氮化和氧合反应等。由于氧化石墨烯分子具备丰富的基团，因此被常常用作双面修饰的平台，以实现Janus的不对称性。为了控制化学反应仅仅在一面发生相关的反应，在该策略中，最常使用光驱动的化学反应，其中由于激光具备出色的可控性、可编程性和高分辨率，因而在该策略被广泛应用。
液体支撑界面策略：气液界面或液-液界面组装一直被视为是各种有机和无机材料实现良好控制的自组装的方法和策略，该方法同样也是实现灵活的不对称物理或化学反应的功能化反应平台。其中，最为常用的是朗缪尔-布洛杰特（LB）技术，以实现可控的二维自组装。为了实现在界面上的自组装，通常可以采用电喷雾、马兰戈尼效应和界面转移和原位复合材料等方法，使得相应的材料在界面上组装成膜。
碳基Janus薄膜在传感器、电子皮肤和致动器上的应用
传感器：基于石墨烯和CNT混合传感层的Janus薄膜具有微弹簧效应，能够以0.0176 m s-1的超低检测限实现超灵敏气流感知能力。特定功能性的Janus薄膜可以与特定介质（例如空气，水）直接相互作用，并发生机械变形并进一步改变其接触电阻。由超薄自支撑的Janus CNT / PDMS薄膜组成的仿生耳的典型示例被证明可以灵敏地检测声音信号。
柔性致动器：Janus结构在软致动器的结构中表现出显著的优势，这主要是由于Janus两面具有不同的独特性能和不对称响应性。而碳纳米材料具有优异的机械柔韧性和多刺激响应（如热、光、电和湿度），因此基于碳基薄膜的柔性致动器被广泛用于各种致动应用。所有刺激中，尤其是光刺激最为常用，是操纵碳基致动器的有希望的能量。这主要是由于碳纳米材料具有优越的光热效应，由此产生的Janus薄膜两侧的不对称热膨胀行为能够激活不对称变形以实现高性能驱动行为。
电子皮肤：电子皮肤通常需要具备卓越的力学传感灵敏度、宽的感应范围和高拉伸性。而Janus的不对称界面转移策略有助于纳米级石墨烯薄膜与柔性基底的共形附着，并赋予微图案柔性基底表面优异的导电性。因此通过实现的Janus结构可实现较大的初始接触面积和足够的变形空间，以实现电子皮肤所需要的高灵敏度和宽感应范围以及优秀的力学性能。
小结：该文介绍了通过固体支持的物理和化学方法制备碳基Janus薄膜的典型策略，并且总结了仿生碳基Janus薄膜在柔性传感器、软致动器及其集成器件前沿领域的进展，证明了该策略的应用前景和潜力。但是碳基Janus薄膜但仍然存在一些挑战。首先，对于碳纳米材料的生物毒性还没有定论，需要进一步研究。其次，当暴露在恶劣的环境中时，碳基Janus薄膜应主动赋予特定的功能，例如自愈，耐磨，耐高温和抗冻。最后，缺少一些合理的工程策略，以确保有效的功能协同作用和在可变环境中无差错地执行动作的能力。但是总体而言，Janus策略是一种在这些应用领域最为适普的一种策略。
往期推荐
扫码关注我们
科学指南针一测试万事屋
干货丨资讯丨教程丨视频
课件丨文献下载丨测试服务
点个再看，今年一作IF轻松>10