Sci. Bull.：幾秒鐘內(nèi)一步制備超薄多孔Janus膜，用于防水透氣的電子皮膚
需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠
上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專(zhuān)業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專(zhuān)業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶(hù)提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
**作者：Yufeng Ni
通訊作者：Zhengwei You，Shuo Chen
通訊單位：東華大學(xué)
DOI: 10.1016/j.scib.2024.12.040
厚度為10 μm或以下的超薄彈性導(dǎo)體具有優(yōu)異的機(jī)械柔順性，并預(yù)見(jiàn)到其在不可察覺(jué)和可穿戴系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力，包括電子皮膚和人機(jī)交互。同時(shí)，人體皮膚的蒸發(fā)量在300-600 g m?2 d?1范圍內(nèi)，用于體溫調(diào)節(jié)。佩戴不透氣的電子皮膚會(huì)阻礙人體與環(huán)境之間的氣體交換，導(dǎo)致皮膚炎癥。此外，汗液的長(zhǎng)時(shí)間積聚會(huì)導(dǎo)致界面之間的間隙，對(duì)信號(hào)采集產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，潮濕的環(huán)境，如洗滌過(guò)程中的外來(lái)水滴，也是對(duì)設(shè)備長(zhǎng)期附著的穩(wěn)定性和舒適性的另一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，多孔Janus膜已被開(kāi)發(fā)用于皮膚電子產(chǎn)品，同時(shí)提供有益的防水性和透氣性。具體來(lái)說(shuō)，Janus膜的小孔層可以有效地減輕污染物和外部液態(tài)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(yàn)。
在開(kāi)發(fā)包括順序靜電紡絲和相分離在內(nèi)的多孔Janus膜制造策略方面取得了重大進(jìn)展，但這些過(guò)程很復(fù)雜。例如，電紡Janus膜的制造過(guò)程耗時(shí)數(shù)小時(shí)，且孔徑較大（通常>2 μm）。通過(guò)相分離制備的Janus膜包括兩個(gè)步驟。**步是旋涂，這需要聚合物溶液潤(rùn)濕基材，導(dǎo)致膜與基材的強(qiáng)粘附，使其難以轉(zhuǎn)移。**步涉及淬火過(guò)程，該過(guò)程面臨著定制Janus膜不對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)的棘手問(wèn)題，包括大孔層與小孔層的厚度（T）比（Tlarge/Tsmall），以及孔隙率和孔徑。簡(jiǎn)而言之，對(duì)于制造具有可控孔結(jié)構(gòu)的多孔Janus膜的簡(jiǎn)單、快速和可擴(kuò)展的生產(chǎn)技術(shù)仍然存在挑戰(zhàn)。
1. 本工作提出了一種一步液滴擴(kuò)散相分離策略，可以在幾秒鐘內(nèi)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(jié)構(gòu)減緩了遷移動(dòng)力學(xué)，延遲了TPU溶液的分層，促進(jìn)了凝固溶劑的進(jìn)一步滲透。
3. 開(kāi)發(fā)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(guò)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(tài)水。
圖1. 多孔Janus TPU膜的設(shè)計(jì)和性能。（a） 顯示不同VDMF/VTHF比率的TPU溶液鋪展結(jié)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(guò)程和詳細(xì)結(jié)構(gòu)。（c） 示意圖和SEM圖像顯示了溶劑化結(jié)構(gòu)堵塞機(jī)制的設(shè)計(jì)原理，該機(jī)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(shí)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(xué)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(duì)多孔Janus膜制備時(shí)間和面積的影響。VDMF/VTHF比對(duì)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(jié)構(gòu)堵塞機(jī)理的驗(yàn)證。（a） Cu2+溶劑化結(jié)構(gòu)的MD模擬結(jié)果快照。（b） 測(cè)定了DMF、THF分子和Cl-陰離子對(duì)Cu2+的吸附能。（c）Cu2+–Cl–、（d）Cu–O（DMF）和（e）Cu–O（THF）的相應(yīng)RDF和配位數(shù)圖。（f） 橫截面SEM圖像顯示了多孔Janus TPU膜的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。（g） CuCl2濃度對(duì)Janus TPU膜厚度以及大孔層和小孔層的影響。CuCl2濃度對(duì)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(jī)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(xì)結(jié)構(gòu)。（c） Janus TPU膜和商用TPU膜的透濕性結(jié)果。（d） Janus TPU膜大孔層和小孔層之間的表面防水性結(jié)果。（e） 多孔Janus TPU膜的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專(zhuān)業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專(zhuān)業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶(hù)提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
采用德國(guó)薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線(xiàn)薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學(xué)科研，紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫(huà)框，工業(yè)燈具照明，廣告機(jī)，點(diǎn)餐機(jī)，電子白板，安防監(jiān)控等。
卷柔新技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線(xiàn)】，這條生產(chǎn)線(xiàn)能夠生產(chǎn)全球先進(jìn)的減反射玻璃。鍍膜版面可達(dá)到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對(duì)PC,PMMA方面的增透膜也具有量產(chǎn)生產(chǎn)能力。ARcoating減反膜基本接近無(wú)色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點(diǎn)，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個(gè)難度和具有很好的應(yīng)用性，新意突出，實(shí)用性突出，濕法鍍膜在價(jià)格方面也均優(yōu)于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點(diǎn):高透,膜層無(wú)色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長(zhǎng)期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機(jī)玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護(hù)玻璃等多行業(yè)。
我們的愿景：卷柔讓光學(xué)更具價(jià)值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術(shù)！
我們的目標(biāo)：以高質(zhì)量的產(chǎn)品，優(yōu)惠的價(jià)格,貼心的服務(wù)，為客戶(hù)提供優(yōu)良的解決方案。
上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)鍍膜設(shè)備、鍍膜加工、光學(xué)鍍膜產(chǎn)品服務(wù)于客戶(hù)，努力為客戶(hù)創(chuàng)造新的利潤(rùn)空間和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
