Janus 一詞源自羅馬神話中掌管過去與未來的雙面神，寓意著這種材料兩面具備截然不同的特性。廣義來說，任何在組成、結構、形態或物理性質（如潤濕性、表面電荷）上存在不對稱性的薄膜，都可被稱為 Janus 膜。而 Janus 靜電紡絲膜——Janus Electrospun Membranes (JEM)則是通過靜電紡絲技術制備的納米纖維膜，它繼承了靜電紡絲材料高比表面積、高孔隙率的優點，同時擁有精確調控的不對稱性能（圖1）。隨著不斷的發展和創新，JEM 已成為一個獨立且經典的研究分支。然而，這并不意味著 JEM 領域的發展是一條平坦且寬闊的道路。相反，JEM 的概念尚未深入人心，也未得到科學界的廣泛認可。在此關鍵時刻，對 JEM 領域的制備方法、關鍵挑戰、潛在應用以及未來發展方向進行及時、系統且具有批判性的綜述具有重要意義。
圖1 Janus靜電紡膜（JEMs）概述。
近期，四川大學輕工科學與工程學院楊璐銘教授/司一帆研究員聯合香港城市大學胡金蓮教授系統地對JEM所涵蓋的廣泛范疇及相關類別進行了全面深入和具有針對性的梳理、分析和總結。作者根據層數和結構的差異，對不同種類的 JEM 的構建方法進行了重點描述和討論（圖2）。作者認為，多層JEM之間相對較弱的層間結合力是制約JEM走向實際應用的最大障礙之一。于是通過各種化學和物理策略兩個方向，對增強層間結合力的現有策略進行了介紹和比較，所涉及的原理、過程與挑戰是論述的核心（圖3）。
2025年7月4日，該綜述以“Janus Electrospun Membranes”為題發表在材料學頂刊Advanced Materials上（Adv. Mater. 2025, 2507498）。
圖2 JEM結構設計策略。
作者在綜述中指出，Janus 靜電紡絲膜結構設計核心在于實現精確的不對稱性調控，目前主要有三種設計策略：1）多層結構設計是最常用的方法，主要是通過多次靜電紡絲逐層構建不同特性的納米纖維層。實驗室中，只需更換紡絲溶液并調整參數，就能在同一基底上制備多層 JEM。在工業生產中，卷對卷靜電紡絲技術可實現多層 JEM 的連續制備，為規模化應用奠定基礎。2）復合結構設計則是將靜電紡絲與其他技術結合，達到取長補短的目的。當靜電紡絲作為主要方法時，可在納米纖維膜表面構建功能性涂層；而當靜電紡絲作為輔助方法時，納米纖維層可用于調節基底的潤濕性和物理性能等。3）單層結構設計是最具挑戰性的策略，需要在數百納米至數百微米的尺度內構建不對稱性。而該方法的優勢在于可以避免層與層的分離。
圖3 JEM層間結合強度增強策略研究。
作者也提出，多層 JEM 面臨的最大挑戰是層間結合力薄弱，容易在使用中發生分層和斷裂。研究者們開發了多種物理和化學策略來解決這一問題：1）物理策略包括加壓、超聲和結構設計。2）化學策略主要依靠交聯反應增強層間作用力。例如，通過熱處理使 SEBS 聚合物鏈間形成更強的相互作用，或利用多巴胺的超強粘附性在纖維表面形成涂層，促進層間化學結合。這些方法能顯著提高膜的力學性能，但需要精確控制反應位點和條件，技術難度較大。作者總結說，平衡孔隙率、結合強度和柔韌性之間的關系是優化設計的關鍵。研究者需根據應用場景選擇性優化性能，如可穿戴傳感器需優先保證柔韌性，而工業過濾膜則需側重強度和孔隙率的平衡。
此外，根據不同的不對稱特性，本文系統綜述了 JEM 在單向導濕、功能服裝、清潔能源、智能傳感等領域的應用，深入分析了 JEM 在各類應用場景中的構建方法、功能原理和關鍵機制（圖4）。
圖4具有單向導濕性能的JEM機理及應用
最后，作者認為盡管JEM展現出廣闊前景，但其發展仍面臨諸多挑戰。工業化生產多層 JEM 的設備設計、層間結合力的進一步提升、JEM 概念的普及與標準化等問題亟待解決。未來，通過開發新型聚合物材料、設計多孔連接層、集成人工智能優化制備過程等方法，有望突破這些瓶頸。集成化生產將是 JEM 實現產業化的關鍵（圖5）。下一代多功能靜電紡絲生產線應涵蓋從聚合物溶液制備到最終產品的全流程，通過模塊化設計實現靈活配置。隨著技術的成熟，JEM 有望在智能服裝、可穿戴設備、環境治理等領域實現大規模應用，為我們的生活帶來革命性變化。在科學家與工程師的協同努力下，相信這種 "雙面神" 材料將在更多領域綻放光彩，為可持續發展和健康生活貢獻力量。
圖5 結論與展望
原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507498
