自组装法制备多功能柔性超薄液态金属Janus膜

来源：高分子科学前沿

针灸是一种传统的中医治疗方法，其中的针法是将毫针按照一定的角度插入人体特定深度的穴位，从而达到治疗疾病的目的。医生在行针的过程中，往往需要依赖自身经验及手法将针递送至特定的穴位，对于医生的技能要求很严格。客观化和精确化是中医现代化发展的趋势，发展针刺响应的超敏深度传感器对于刻画扎针深度的定量化表征有着重要的作用。

为了应对这一挑战，中科院理化所低温与生物医学研究团队利用自组装沉积法制备出了一种电学各向异性的柔性液态金属薄膜。

利用纳米镓铟共晶合金（EGaIn）在纳米纤维素-聚乙烯醇溶液中的密度差和自然蒸发，可成功制备1~49 μm的超薄Janus膜。这种膜在正常情况下，双面均不导电；而在垂直集中应力或者剪切摩擦力作用下，薄膜下层液态纳米EGaIn颗粒则可实现有效导通。利用纳米EGaIn与纳米纤维素-聚乙烯醇复合物制备的深度传感器，不仅具有灵敏的深度探测能力，而且医生在训练过程中可以通过可视化显示灯在第一时间获取扎针的深度信息。这种液态金属薄膜作为一种全新的电子纸，为制造智能微尺度传感器的多层复杂电路提供了一个简便、快速的制造和响应平台。

液态金属薄膜制备的针灸深度传感器模型

液态金属薄膜制备的针灸深度传感器模型视频

直接在液态金属薄膜上手绘复杂电路

更进一步的，研究团队发现这种液态金属薄膜两面对光的反射效果以及导热性能也有显著性差异，这种特性使其有可能被用作光转化开关和温度调节器。这样一种同时具有电学、光学和热学三种特性的两面各异性薄膜，在制备的过程中不需要任何复杂的工艺及精密仪器的辅助，制备过程不仅简单易行，而且并不需要耗费太多时间。

液态金属薄膜两面光学和热学特性的差异

相关研究成果以“Self-assemble dultrathin film of CNC/PVA–liquid metal composite as a multifunctional Janus material”为题发表在Materials Horizons期刊上。(DOI:10.1039/C9MH00280D)。论文的第一作者是理化所博士生张朋举和和王倩副研究员，理化所饶伟和中国农业大学何志祝副教授为共同通讯作者。

值得一提的是，与刚性微纳米金属材料相比，柔性微纳米液态金属则表现出更强的顺应性和易于调控等特性。近期，针对可变形微纳米液态金属功能材料的物理化学特性、制备方法和多领域应用，中科院理化所团队在Materials Science and Engineering: R:Reports 期刊上也发表了题为Transformable Soft Liquid MetalMicro/Nanomaterials的论文对纳米液态金属进行了系统地评述。

相关研究工作得到国家自然科学基金重大项目、科技部重点研发计划、北京市科委等基金的大力支持。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/mh/c9mh00280d

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927796X18302195