DOI: 10.1016/j.memsci.2021.120091

据悉，渐变润湿性梯度可用于驱动流体在多孔膜厚度上的定向传输。然而，这种膜的制备仍然具有挑战性，这限制了它们在各个领域的进一步应用。在此，研究者报告了一种制备具有渐变润湿性梯度的膜（GMs）的一步策略，即通过编程在线混合静电纺丝聚合物（聚ε-己内酯（PCL）和聚ε-己内酯-乙二醇共聚物（PCE））来制备具有相容段但润湿性明显不同的膜。结果表明，在GMs中成功构建了两种沿厚度方向的相反渐变润湿性梯度，并且由此产生的GMs表现出优异的定向液体传输性能，仅允许液滴和连续流体从疏液侧渗透到亲液侧，同时阻止反向渗透过程。此外，无论在高重力还是低重力条件下，随着梯度层从3层增加到78层，不同润湿性膜的定向流体传输通量提高，对应于润湿性从3层Janus润湿性过渡到78层渐变润湿性。因此，与具有突变润湿性梯度（AMs）和均匀润湿性的膜相比，GMs实现了更快的定向流体输送通量，这是由于渐变润湿性梯度的内部驱动力加快。基于这一特殊性质，GMs在超快速定向浮油收集和油水混合物的节能定向分离方面也显示出巨大的潜力，为设计和制备具有多种应用潜力和多功能性的润湿性各向异性多孔膜提供了新的见解。

图1.用于GM制造的程序化一步静电纺丝策略和GM的渐变润湿性梯度的示意图。

图2.G78的纤维形态和润湿性梯度。（a）G78的纳米纤维框架图解。（b）GM的横截面图像及其放大图像（c）。（d-i）典型均质膜的SEM图像显示了位于不同厚度（0%、20%、40%、60%、80%、100%）G78的纳米纤维层，插图的比例为5μm。（j-o）对应于（d-i）的膜的动态WCAs。（p-u）对应于（d-i）的膜的OCAs。

图3.G78的均质PCL膜（a）、富含PCE的一侧（b）和富含PCL的一侧（c）的水/油表面润湿性（左）和WCAs（右）。（d-f）（a-c）相应表面的水/油传输性能。（g）在高重力下具有不同润湿性曲线的膜（PCL，G3-G78）的油渗透通量。（h）不同膜（G3-G78）在高重力下的渗透动力学。（i）高重力下不同膜（G3-G78）的即时渗透率，由（h）中的数据计算得出。（j）使用G78进行节能定向浮油收集示范，（j）中的虚线框表示G78的位置。

图4.eG78富含PCE的一侧（a）和富含PCL的一侧（b）的水/油表面润湿性（左）和UOWCA/UWOCA（右）。（c-f）（a）和（b）相应表面的定向水/油传输性能。（g）用于在高重力下定向流体输送的定制装置。（h-i）用于在低重力下定向流体传输（h）和分离（i）的定制装置。使用装置（h）时，具有不同润湿性的膜（PCL，PCE2，eG3-eG78）在低重力下的油（j）和水（k）渗透通量。（l）使用装置（i）时，eG78在低重力下的定向流体分离通量。

图5.低重力下eG78的渗透动力学和GM中的定向流体传输机制。（a-b）在低重力下，速溶油（a）和水（b）渗透通量随时间和液位高度的变化。（c）内部驱动力的来源和GM中定向流体传输机制的说明。