近年来，具有Janus结构的聚合物复合薄膜在柔性电子、分离/纯化、伤口愈合和响应型智能执行器等领域受到越来越多的关注。许多生物材料如细胞膜和荷叶在其两面表现出两种不同的结构构成，赋予其特殊的物理化学性质和功能，也激发研究人员开发具有类似Janus结构或成分的功能化薄膜。通常，Janus功能薄膜可以通过非对称制造（薄膜形成过程中形成Janus结构）和非对称修饰（后改性形成Janus结构）来构建。非对称制造策略包括多层静电纺丝和多层真空过滤法。非对称修饰包括光降解或光交联、层层沉积和多层表面改性等实现。而上述大多数策略都存在耗时长、步骤繁琐和生产效率低下的问题。因此，开发一种制造简单、经济高效和可批量化生产的策略制备具有Janus结构的功能薄膜仍然备受期待。

图1 重力辅助自然沉降法制备具有Janus结构的聚合物复合薄膜的制备

  在自然系统中，借助重力作用的自然沉积现象可以将固体颗粒与自然分散系统分离，对水生和河岸生态循环系统具有重要作用。受这种自然现象的启发，广州大学分析科学技术研究中心牛利教授团队报道了一种自然沉降辅助策略用来制备在空间结构和导电性上具有Janus性质的聚合物基复合薄膜。部分典型的二维纳米材料（石墨烯、氮化硼和石墨）和一维纳米颗粒（二氧化钛和钛酸钡）被引入聚偏二氟乙烯（PVDF）有机介质或水性聚氨酯（WPU）水性介质中，以制造多种具有Janus结构的功能化薄膜。当纳米材料在分散介质中的重力值大于浮力和拖曳力之和时，这些纳米片和纳米颗粒可以自发地迁移到分散介质的底部，除去溶剂后，得到具有顶部聚合物层和底部复合层的Janus薄膜。以WPU/graphene为例，由于石墨烯纳米片在底部复合层内的聚集和堆叠，WPU/graphene薄膜表现出超高导电性，基于此制备的柔性加热器可以在1.5 V的超低电压下实现145℃的高温。同时，厚度为0.165 mm的PVDF/石墨薄膜具有25.1 dB的高电磁干扰屏蔽效率。同时，得益于复合层的高导电性和PVDF层的高电负性，Janus PVDF/石墨薄膜可用于制备高性能摩擦电纳米发电机，而无需额外使用电荷收集层。这项研究策略为我们提供了开发更多Janus功能性复合薄膜的机会。该工作以“Natural Sedimentation-Assisted Fabrication of Janus Functional Films for Versatile Applications in Joule Heating, Electromagnetic Interference Shielding and Triboelectric Nanogenerator”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。文章第一作者是广州大学博士后李伟燕博士，通讯作者为广州大学青年教师宋忠乾博士和牛利教授。该研究得到国家自然科学基金、博士后科学基金面上项目和广州市青年科技人才托举项目的支持。 

图2 Janus WPU/graphene薄膜用于柔性焦耳热加热器件

 图4 Janus PVDF/graphite薄膜用于构建高性能摩擦纳米发电机

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140606