图片来源：芝加哥大学

    如图所示为雅努斯膜的正面扫描电子显微图像，分别在0.015、0.06和0.15秒下进行曝光，并以150倍、200倍和300倍放大。在较高的曝光剂量、更大的放大倍数下，可以观察到更快成核和伴随保形生长的一般趋势。该电子显微镜图像是由芝加哥大学的Carl Zeiss Merlin SEM所拍摄。

    雅努斯膜取名来源于神话中拥有两张面孔的神——雅努斯。它是一种双面膜，作为两种物质之间的“守门人”，现已成为具有潜在工业用途的材料。然而，在这些脆弱表面上创造两个截然不同的“面孔”却是一个充满挑战的过程。

    来自美国能源部阿贡国家实验室的研究人员，以一种不同寻常的方式利用了一种常见的高科技制造技术。他们发现了一种新方法——可利用化学方法沉积第二张面孔，从而产生比以前更为坚固、结构更为精确的雅努斯膜。最近发表于“Advanced Materials Interfaces”（先进材料界面）的一篇文章中介绍，该专利申请技术有助于优化或实现一系列的工业制造工艺，比如从处理废水到制造生物燃料等复杂工艺。

    根据阿贡实验室Seth Darling的说法，雅努斯也是罗马的通道之神。这使得“通道之神”这个名字更适用于那些标记物质边界的薄膜，例如，将气泡输送到液体中或者分离油和水的薄膜。Darling是阿贡实验室纳米材料中心的一名科学家，也是该实验室分子工程研究所（IME）的主任。IME是芝加哥大学分子工程研究所驻阿贡国家实验室的合作伙伴。

    根据Darling的说法，关于雅努斯膜的研究是阿贡国家实验室为向社会推进“新型水循环”更多努力的一部分。其中，水在被释放回环境之前将被尽可能多地处理和再利用。Darling指出，有一整套材料可用于制造新的雅努斯膜，每种材料都有不同的特性，可为无数新应用提供帮助。

    一般来说，乳状液膜在膜的一边进行化学处理，而不是在另一边进行化学处理。这使膜具有两面性。但在涂层稳定性和穿透深度上，利用目前的方法来控制涂层的添加是十分困难的。

    阿贡实验室的研究人员转向了原子层沉积技术（ALD），一种常用于微电子学和半导体制造的技术。他们试图利用该技术改进这一工艺。利用ALD技术，他们在防水的聚丙烯膜上沉积了一层具有吸水性的氧化铝层，形成了一种稳定的双面膜，例如可用于水的小气泡曝气。

    通常，ALD的作用是将物体完全均匀地包裹起来，而不是将其部分包裹起来，这也是使用雅努斯膜的目的。

    Darling说：“这一策略不起作用。我们采用的方法是使用一种微孔薄膜。”

    这些微小的气孔会将形成第一层氧化铝的蒸汽封闭起来，然后才有机会完全穿透薄膜。通过改变氧化铝应用的持续时间和压力，研究小组能够在膜的一侧制造出一种强粘结涂层，其控制能力比其他任何技术都强。

    使雅努斯膜具有这种精度和稳定性的能力可在各种工业过程中引入新的效率水平。例如，在废水处理厂，使用曝气来帮助分解污染物，优化鼓泡过程可以减少能源消耗。经改进后的雅努斯膜还可以加速油-水混合物的乳化或破乳，这在各种制造工艺中都很重要。阿贡国家实验室正在投资开发先进的制造技术，例如具有先进性能的材料和更为节能的制造工艺。

    这项技术最初似乎是由芝加哥大学分子工程学院的研究生Ruben Waldman所做的一项不成功的实验。Darling正在为Waldma的博士学位出谋划策。

    Waldman正在调查ALD是如何影响雅努斯膜的。同时，他注意到：氧化铝并没有完全覆盖膜的底部。在咨询了雅努斯膜方面的专家Hao-Cheng Yang和与 Darling在CNM工作的博士后之后，Waldman决定看看这种单侧沉积能否得到优化，以实现雅努斯膜所需的部分分层。

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责任编辑：殷鹏飞

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