중국 과학기술대학교(USTC)는 2월 28일 USTC 공과대학 마이크로 및 나노 공학 연구소의 Hu Yanlei 교수와 Zhang Yachao 부연구원으로 구성된 팀이 작업 모드와 기술을 혁신적으로 고려했다는 사실을 알게 되었습니다. Janus 필름의 보호 모드를 별도로 구현하고 노출 모드와 숨겨진 모드 모두에서 친수성 미세기공 홈 채널의 보호를 실현했습니다. 즉, 연질 재료의 신장 및 해제를 통해 작업/보호 모드 전환을 구현했습니다. 이번 연구 결과는 최근 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.
Janus 필름은 고유한 막 투과형 물 수송 기능을 갖춘 오일-물 분리, 물-미스트 수집 및 웨어러블 패치에 널리 사용됩니다. 전통적인 Janus 필름의 기능은 단면 화학 코팅으로 수정된 두께 방향의 마이크로채널에서 비롯되며, 이를 통해 물이 소수성 표면에서 친수성 표면으로 방향성 있게 전달될 수 있습니다. 그러나 화학 코팅의 마모와 오프 피크 상태의 공기 중 오염 물질 입자에 의한 마이크로 채널의 막힘으로 인해 Janus 필름의 서비스 수명이 크게 단축되었습니다. Janus 필름의 내구성은 증가하는 실제 응용 분야의 요구를 충족하기 위해 해결해야 할 문제입니다.
연구팀은 펨토초 레이저 에칭을 이용해 미리 늘어난 실리카 기판 위에 격자 모양의 마이크로 그루브와 마이크로 기공으로 구성된 3차원 마이크로 채널을 만들고 마이크로 그루브를 친수성 코팅으로 개질했으며, 마이크로 그루브의 뒷면은 실리카 고유의 소수성을 유지했다. 야누스 기능성을 구현하는 젤입니다. 실리콘이 분리된 후 마이크로 슬롯과 마이크로 기공이 닫혀 기계적 충격으로부터 마이크로 채널 내부의 친수성 코팅을 보호합니다. 스트레칭 모드와 이형 보호 모드의 온디맨드 전환은 Janus 필름의 기계적 내구성을 제공합니다. 보호 모드는 지속적인 기계적 마찰에 저항할 뿐만 아니라 친수성 코팅의 파손을 늦추는 저장 모드 역할을 하여 장기간 단방향 투수 기능을 실현합니다.
연구진에 따르면 야누스 필름은 외부의 기계적 마찰이나 충격이 가해졌을 때 적극적으로 보호 모드로 전환해 내구성을 향상시킨다. 연구팀은 "모드 전환" 전략을 바탕으로 내구성이 뛰어난 Janus 필름을 준비하기 위해 펨토초 레이저 미세 가공 방법을 활용했습니다. 보호 모드는 2,000 마찰 주기 및 10일 동안 공기에 노출된 후에도 물방울의 단방향 투과성을 유지하면서 Janus 필름에 기계적 내구성을 부여하는 것으로 나타났습니다. 또한 보호 모드는 사포 마찰, 손가락 압력, 모래 충격, 테이프 벗겨짐 등의 가혹한 테스트를 견뎌냈습니다.
연구진은 제안된 모드 전환 전략이 다상 분리 및 정제, 미세유체 조작, 웨어러블 건강 모니터링 패치를 포함한 다양한 분야에서 Janus 필름의 실제 적용을 발전시키는 데 상당한 잠재력을 가지고 있다고 말합니다.
