超疏水錶面在功能塗層、防水織物、汽車、能源、微流體技術以及油水分離（環境治理）等諸多領域有著廣泛的應用。自然界中，荷葉、稻葉等材料表面呈現出不同超疏水特性。道法自然，人們基於仿生策略實現了系列材料超疏水錶面的構築。然而，荷葉表面除具有超疏水特性——“荷葉效應”之外，還呈現荷葉表面超疏水、底面親水的“兩面神”（Janus）潤溼性特性。模擬荷葉表面這種特性進行具有顯著潤溼性差異Janus膜表面構築，目前研究開展的還相對較少。
近日，一個土耳其-德國聯合研究團隊以濾紙為多孔基底，通過單面修飾聚二甲硅氧烷（PDMS）/無機微納顆粒（粒徑範圍從數納米到數十微米），簡便構築了具有超疏水/親水顯著潤溼性差異的“兩面神”紙。這種紙具有優異的化學穩定性、機械穩定性和柔韌性，同時保持良好的透氣性，在傷口處理等方面具有較大的應用前景。
“兩面神”紙構築過程示意圖。圖片來源於：ACS Appl. Mater. Interfaces
研究人員選用Whatman No. 1濾紙和實驗室工程棉濾紙為基底材料，PDMS、硅納米顆粒以及玻璃微球混合均勻後採用噴塗技術塗覆到基底表面，經過120 ℃加熱交聯處理後PDMS共價接枝到濾紙表面。該側濾紙表面呈現出超疏水特性（CA~163.1 ± 1.2°）。同時，研究表明混入摻雜三種不同尺寸的無機顆粒（20−60微米、9−13微米、數納米）對於超疏表面的構築十分必要，微米級尺寸和納米尺度的無機顆粒協同提供微納粗糙表面。
為驗證PDMS與濾紙基底存在共價鍵作用，研究人員對加熱及未經加熱處理的塗層進行索氏提取處理（3 h）。對比實驗發現未經加熱處理的塗層被完全從基底剝離，而加熱處理後的塗層則部分保留在基底表面。EDS測試也表明加熱處理使得PDMS與基底產生共價鍵接。研究人員進一步對”兩面神”紙的內部結構進行了SEM、EDS表徵，結果表明在塗層製備過程中塗層組分滲透擴散至多孔濾紙內部形成梯度化學改性結構；這一結構特性有效的保證了”兩面神”紙的溶劑（水）穩定性。“兩面神”紙基於底部保持親水特性，其整體保持較高的吸水率（80 g/m
2）。 塗層與基底共價鍵接作用驗證。圖片來源於：ACS Appl. Mater. Interfaces
“兩面神”紙內部結構表徵：
ACS Appl. Mater. Interfaces基於濾紙、表面硅橡膠塗層組分優異的柔韌性以及基底與塗層存在共價鍵接界面，結合無機微納顆粒雜化改性，使得該“兩面神”紙表面具有優異的超疏水潤溼穩定性。在循環彎曲以及摩擦測試後，該塗層仍能維持其優異的超疏水特性。
表面塗層機械穩定性測試。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces
將該圖案化的“兩面神”紙用作傷口繃帶，能夠在保持包覆情況實現水性藥物的交換，能夠顯著降低傷口感染率。此外，該“兩面神”紙製備方法簡便，易於大面積製備，適於商業化生產。
“兩面神”紙用於傷口包覆。圖片來源於：ACS Appl. Mater. Interfaces
——總結——
作者基於有機/無機雜化策略，簡便實現了濾紙表面的超疏水改性。基於塗層分佈結構控制，賦予濾紙表面/底部不同的潤溼特性。同時，該塗層中的有機硅組分與濾紙基底間的共價鍵接保證了塗層優異的性能穩定性。該研究成果為功能性不對稱膜材料的構築提供了新的策略，可進一步拓展至其他多孔膜材料表面的潤溼性調控。
原文
Superhydrophobic Hybrid Paper Sheets with Janus-Type Wettability
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 37478–37488, DOI: 10.1021/acsami.8b12116
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