**作者：Yufeng Ni

通訊作者：Zhengwei You，Shuo Chen

通訊單位：東華大學

DOI: 10.1016/j.scib.2024.12.040

厚度為10 μm或以下的超薄彈性導體具有優異的機械柔順性，并預見到其在不可察覺和可穿戴系統中的應用潛力，包括電子皮膚和人機交互。同時，人體皮膚的蒸發量在300-600 g m^?2 d^?1范圍內，用于體溫調節。佩戴不透氣的電子皮膚會阻礙人體與環境之間的氣體交換，導致皮膚炎癥。此外，汗液的長時間積聚會導致界面之間的間隙，對信號采集產生負面影響。此外，潮濕的環境，如洗滌過程中的外來水滴，也是對設備長期附著的穩定性和舒適性的另一個挑戰。因此，多孔Janus膜已被開發用于皮膚電子產品，同時提供有益的防水性和透氣性。具體來說，Janus膜的小孔層可以有效地減輕污染物和外部液態水的滲透，而Janus膜上的大孔層則允許水分傳播，確保身體獲得干燥舒適的體驗。

在開發包括順序靜電紡絲和相分離在內的多孔Janus膜制造策略方面取得了重大進展，但這些過程很復雜。例如，電紡Janus膜的制造過程耗時數小時，且孔徑較大（通常>2 μm）。通過相分離制備的Janus膜包括兩個步驟。**步是旋涂，這需要聚合物溶液潤濕基材，導致膜與基材的強粘附，使其難以轉移。**步涉及淬火過程，該過程面臨著定制Janus膜不對稱孔結構的棘手問題，包括大孔層與小孔層的厚度（T）比（T_large/T_small），以及孔隙率和孔徑。簡而言之，對于制造具有可控孔結構的多孔Janus膜的簡單、快速和可擴展的生產技術仍然存在挑戰。

1. 本工作提出了一種一步液滴擴散相分離策略，可以在幾秒鐘內制備超薄且易于收集的Janus熱塑性聚氨酯（TPU）膜。

2. 金屬離子溶劑化結構減緩了遷移動力學，延遲了TPU溶液的分層，促進了凝固溶劑的進一步滲透。

3. 開發的膜的平均制備速率為25.2 cm² s^-1，厚度為5 μm，水蒸氣透過率為663 g m^-2 d^-1。平均孔徑為1.7 μm的小孔層有效地阻擋了外部液態水。

圖1. 多孔Janus TPU膜的設計和性能。（a） 顯示不同VDMF/VTHF比率的TPU溶液鋪展結果的示意圖。（b） 示意圖和橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示了多孔Janus TPU膜的分層過程和詳細結構。（c） 示意圖和SEM圖像顯示了溶劑化結構堵塞機制的設計原理，該機制允許控制電子皮膚用多孔Janus TPU膜的Tlarge/Tsmall比、孔隙率和孔徑，同時具有防水性和透氣性。

圖2. 多孔Janus TPU膜的制備和表征。（a） 16-CuCl₂/TPU溶液（約0.5 mL）在兩相凝固浴的水上鋪展的光學照片。（b） 制備的16-CuCl₂/TPU膜的SEM圖像。（c） 示意圖顯示了多孔Janus TPU膜的表面張力差和自限邊界的影響。（d） VDMF/VTHF比對多孔Janus膜制備時間和面積的影響。VDMF/VTHF比對多孔Janus膜的（e）平均制備速率和（f）厚度的影響。

圖3. 溶劑化結構堵塞機理的驗證。（a） Cu²⁺溶劑化結構的MD模擬結果快照。（b） 測定了DMF、THF分子和Cl^-陰離子對Cu²⁺的吸附能。（c）Cu²⁺–Cl^–、（d）Cu–O（DMF）和（e）Cu–O（THF）的相應RDF和配位數圖。（f） 橫截面SEM圖像顯示了多孔Janus TPU膜的詳細結構。（g） CuCl₂濃度對Janus TPU膜厚度以及大孔層和小孔層的影響。CuCl₂濃度對多孔Janus TPU膜的（h）Tlarge/Tsmall比和（i）孔隙率的影響。

圖4. 多孔Janus TPU膜的滲透性、防水能力和機械性能。（a）小孔層和（b）大孔層表面的SEM圖像以及孔徑分布直方圖顯示了多孔Janus TPU膜的詳細結構。（c） Janus TPU膜和商用TPU膜的透濕性結果。（d） Janus TPU膜大孔層和小孔層之間的表面防水性結果。（e） 多孔Janus TPU膜的拉伸應力-應變曲線。