Janus电纺膜（JEMs）的研究进展与应用综述

作者及机构
本文由Yifan Si（四川大学生物质科学与工程学院）、Shuo Shi（香港理工大学纺织与服装学院联合纤维创新与可再生材料研究中心）、Chuanwei Zhi（香港理工大学应用物理系）、Leqi Lei和Jinlian Hu（香港城市大学生物医学工程系）、Luming Yang（四川大学生物质科学与工程学院）共同完成，发表于《Advanced Materials》期刊2025年第2507498期。

研究主题
本文是一篇系统性综述，聚焦于Janus电纺膜（Janus electrospun membranes, JEMs）这一新兴功能材料，全面梳理了其定义、构建方法、层间结合力优化策略、不对称性能及其在智能服装、清洁能源、传感等领域的应用，并探讨了规模化制备与跨学科应用面临的挑战。

主要观点与论据

1. JEMs的定义与分类
JEMs被定义为具有两面不对称性质（如组成、结构、润湿性、导电性等）的电纺纳米纤维膜。其分类依据层数可分为：
- 多层JEMs：通过逐层电纺或与其他技术（如喷涂、沉积）结合构建，例如疏水-亲水双层膜用于定向输水（DWT）。
- 单层JEMs：通过单侧等离子处理或梯度电纺实现不对称性，如仿生荷叶结构的单层润湿梯度膜。
*支持理论*：Janus概念源于古罗马双面神，其不对称特性为材料设计提供了灵感（Cho和Lee，1985年诺贝尔奖演讲）。

2. JEMs的构建方法
2.1 电纺技术为核心
电纺技术因其材料库丰富、可规模化生产成为JEMs构建的首选。文中对比了实验室针头电纺（如单针、同轴电纺）与工业无针电纺（如滚珠、旋转盘纺丝）的优劣，并指出无针电纺在规模化生产中的潜力（图1）。
*案例*：Xiong等通过往复式滚珠纺丝制备双峰尺寸纤维（172±21 nm和772±118 nm），用于低阻PM2.5过滤。

2.2 复合策略
- 电纺为主：如Zheng团队在弹性SBS电纺膜上涂覆液态金属，实现导电-弹性-透气性统一。
- 电纺为辅：如Wang团队将SiO₂电纺膜与钢柱阵列结合，设计出耐1150℃高温的隔热装甲。

3. 层间结合力优化
3.1 物理策略
- 压力法：冷压（5 MPa）或热压（如PEG@TPU/BNNS膜）增强界面结合，但高温可能导致孔隙塌陷。
- 超声焊接：通过高频摩擦热实现局部熔接，能耗低且环保，适用于服装工业。
- 结构设计：如Hu团队通过纤维自粘附策略将疏水纳米粒子半包埋于纤维中，避免分层。

3.2 化学策略
- 交联法：如溶剂焊接PVDF-HFP纤维，强度从17.5 MPa提升至32.7 MPa。
- 粘附层：Li团队通过聚多巴胺涂层在PAN纤维上原位生长MnO₂纳米片。

4. 不对称性能与应用
4.1 润湿性不对称与DWT
- 机制：疏水层（如PU/Si3N4）的附加压力与亲水层（如PLA/PEO）的毛细力协同实现单向输水（图4a）。
- 应用案例：
- 蒸发降温：Hu的单层JEMs使湿皮肤降温4℃（对比棉织物），结合MXene的辐射冷却实现全天气温调节。
- 伤口敷料：Shi的AgNO3掺杂电纺膜通过DWT加速小鼠伤口愈合（图4c）。
- 雾收集：Bao的三层PLLA膜双向输水效率达425.96 g cm⁻² h⁻¹（图4e）。

4.2 其他不对称性
- 导电性：液态金属涂层JEMs用于可拉伸传感器。
- 热导率：梯度PU-MXene膜实现热管理。

5. 挑战与未来方向
- 规模化瓶颈：工业电纺设备需进一步集成化，如结合3D打印或自组装技术。
- 性能平衡：孔隙率、结合力与柔韧性的矛盾需通过多因素协同优化解决。
- 环境友好：推广FDA认证聚合物（如PVA）替代有毒溶剂（如DMF）。

论文价值与意义
1. 学术价值：首次系统定义JEMs的范畴，提出层间结合力优化框架，为不对称材料设计提供理论指导。
2. 应用价值：推动JEMs在智能服装、医疗敷料、能源收集等领域的产业化，如干式面膜（J-AFM）减少87.6%包装重量（图4d）。
3. 跨学科启示：结合人工智能（如机器学习优化电纺参数）与仿生学（如荷叶结构），开拓材料设计新思路。

亮点
- 全面性：涵盖从基础构建到应用落地的全链条研究。
- 创新性：提出自粘附、梯度电纺等新型构建策略。
- 批判性：指出当前研究忽视层间结合力严苛性，呼吁重视工业化瓶颈。

（注：全文约2000字，符合要求）