圖片來源：芝加哥大學

    如圖所示為雅努斯膜的正面掃描電子顯微圖像，分別在0.015、0.06和0.15秒下進行曝光，并以150倍、200倍和300倍放大。在較高的曝光劑量、更大的放大倍數下，可以觀察到更快成核和伴隨保形生長的一般趨勢。該電子顯微鏡圖像是由芝加哥大學的Carl Zeiss Merlin SEM所拍攝。

    雅努斯膜取名來源于神話中擁有兩張面孔的神——雅努斯。它是一種雙面膜，作為兩種物質之間的“守門人”，現已成為具有潛在工業用途的材料。然而，在這些脆弱表面上創造兩個截然不同的“面孔”卻是一個充滿挑戰的過程。

    來自美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員，以一種不同尋常的方式利用了一種常見的高科技制造技術。他們發現了一種新方法——可利用化學方法沉積第二張面孔，從而產生比以前更為堅固、結構更為精確的雅努斯膜。最近發表于“Advanced Materials Interfaces”（先進材料界面）的一篇文章中介紹，該專利申請技術有助于優化或實現一系列的工業制造工藝，比如從處理廢水到制造生物燃料等復雜工藝。

    根據阿貢實驗室Seth Darling的說法，雅努斯也是羅馬的通道之神。這使得“通道之神”這個名字更適用于那些標記物質邊界的薄膜，例如，將氣泡輸送到液體中或者分離油和水的薄膜。Darling是阿貢實驗室納米材料中心的一名科學家，也是該實驗室分子工程研究所（IME）的主任。IME是芝加哥大學分子工程研究所駐阿貢國家實驗室的合作伙伴。

    根據Darling的說法，關于雅努斯膜的研究是阿貢國家實驗室為向社會推進“新型水循環”更多努力的一部分。其中，水在被釋放回環境之前將被盡可能多地處理和再利用。Darling指出，有一整套材料可用于制造新的雅努斯膜，每種材料都有不同的特性，可為無數新應用提供幫助。

    一般來說，乳狀液膜在膜的一邊進行化學處理，而不是在另一邊進行化學處理。這使膜具有兩面性。但在涂層穩定性和穿透深度上，利用目前的方法來控制涂層的添加是十分困難的。

    阿貢實驗室的研究人員轉向了原子層沉積技術（ALD），一種常用于微電子學和半導體制造的技術。他們試圖利用該技術改進這一工藝。利用ALD技術，他們在防水的聚丙烯膜上沉積了一層具有吸水性的氧化鋁層，形成了一種穩定的雙面膜，例如可用于水的小氣泡曝氣。

    通常，ALD的作用是將物體完全均勻地包裹起來，而不是將其部分包裹起來，這也是使用雅努斯膜的目的。

    Darling說：“這一策略不起作用。我們采用的方法是使用一種微孔薄膜。”

    這些微小的氣孔會將形成第一層氧化鋁的蒸汽封閉起來，然后才有機會完全穿透薄膜。通過改變氧化鋁應用的持續時間和壓力，研究小組能夠在膜的一側制造出一種強粘結涂層，其控制能力比其他任何技術都強。

    使雅努斯膜具有這種精度和穩定性的能力可在各種工業過程中引入新的效率水平。例如，在廢水處理廠，使用曝氣來幫助分解污染物，優化鼓泡過程可以減少能源消耗。經改進后的雅努斯膜還可以加速油-水混合物的乳化或破乳，這在各種制造工藝中都很重要。阿貢國家實驗室正在投資開發先進的制造技術，例如具有先進性能的材料和更為節能的制造工藝。

    這項技術最初似乎是由芝加哥大學分子工程學院的研究生Ruben Waldman所做的一項不成功的實驗。Darling正在為Waldma的博士學位出謀劃策。

    Waldman正在調查ALD是如何影響雅努斯膜的。同時，他注意到：氧化鋁并沒有完全覆蓋膜的底部。在咨詢了雅努斯膜方面的專家Hao-Cheng Yang和與 Darling在CNM工作的博士后之后，Waldman決定看看這種單側沉積能否得到優化，以實現雅努斯膜所需的部分分層。

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責任編輯：殷鵬飛

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