随着社会的进步和科学的发展，具有优异性能的各向异性导电膜（ACMs）广泛应用于智能温度控制、人体运动检测和电子元件等领域。ACMs的性能研究已成为热门话题，ACMs以其独特的魅力吸引了更多的研究人员加入研究。然而，现有类型ACMs的实际应用有时会受到环境温度变化和特定操作场景的限制。因此，开发一种新型多功能热致ACMs以满足多场景应用已成为目前亟待解决的关键问题。

近日，长春理工大学董相廷教授和谢云蕊副教授在期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上，发表了最新研究成果“Electrospun thermotropic anisotropic conductive Janus nanoribbons array membrane endowed with fluorescence and magnetism for multi-scenario applications”。研究者首次提出了热致各向异性导电Janus纳米带阵列膜（TACJAM）的新概念。通过半导体到金属相变产生热电导和磁性的二氧化钒(VO2)首次被用于构建TACJAM。采用双轴平行静电纺丝技术定向排列[Dy(acac)3bipy/PMMA]//[VO2/PMMA]Janus纳米带来制造TACJAM。Janus纳米带作为微观结构单元，赋予TACJAM高热导电各向异性、优异的发光和磁性。通过这些与温度相关的性能，展示了TACJAM在微电路互连和多模防伪中的潜在应用。图1为静电纺丝制备TACJAM的示意图。本研究实现了ACMs的多场景实际应用，为先进ACMs的未来发展提供了新的策略。

图1：静电纺丝制备TACJAM的工艺示意图。

所制备的TACJAM具有良好的纳米带形貌，Janus纳米带排列紧密而整齐。Janus纳米带的内部能够形成两个独立的微观区域，将Dy(acac)3bipy和VO2分别限制在各自的区域内，避免了不同功能物质之间的不利相互作用，使TACJAM获得了优异的多功能性（如图2）。

图2：不同VO2含量的TACJAM中Janus纳米带的光学显微镜照片(a-c)；TACJAM的SEM照片(d)和TACJAM中纳米带的宽度分布直方图(e)；TACJAM中单根Janus纳米带的EDS线扫描分析(f)。

当相变发生时，在68.13 °C存在一个明显的吸热峰，然后在冷却过程中在59.08 °C出现一个放热峰。位于68.13 °C的峰值对应于TACJAM的相变温度。TACJAM的DSC曲线在加热和冷却过程中表现出不对称的热通量峰值，形成典型的滞后现象，滞后温度为9.05 °C。滞后现象主要是由于TACJAM中VO2相变机制的一阶相变特性（如图3）。

在温度从25°C升高到80°C的过程中，VO2的峰值逐渐从27.83°转变为27.68°，64.77°的峰值分为两部分（即64.66°和65.41°）。VO2在25 °C和80 °C的所有主要衍射峰分别与VO2 (M)的单斜结构(PDF#82-0661)和VO2 (R)的四方金红石结构(PDF#76-0678)一致，表明VO2具有纯相结构，相变在68和80 °C完成。不同温度下TACJAM的衍射峰与相应温度下VO2的衍射峰基本一致。表明VO2存在于TACJAM并经历可逆相变（如图4）。

图4：不同温度下（从25 °C加热到80 °C）VO2 (a)和TACJAM (b)的XRD图。

VO2/PMMA和Dy(acac)3bipy/PMMA分别是TACJAM中Janus纳米带的导电侧和绝缘荧光侧。当温度升高到相变温度时，半导体VO2 (M)转变为具有金属性质的VO2 (R)，形成一个连续的导电网络，电子可以自由移动和传输，电流迅速增加。VO2/PMMA是导电的，Dy(acac)3bipy/PMMA仍然是绝缘的。这意味着TACJAM的电导在80 °C时具有很强的各向异性。在室温和加热条件下，TACJAM在X方向的电导随着VO2含量的增加而增加，而在相同条件下，TACJAM在Y方向的电导无显著变化。因此，TACJAM从25 °C到80 °C的导电各向异性程度增强也随着VO2含量的增加而增加（图5）。与对比样品相比，TACJAM具有最强的热导电各向异性(3.19 × 104)。Janus纳米带在构建优异的多功能热致ACMs方面具有更明显的结构优势（图6）。

图5：不同VO2质量比的TACJAM在不同方向上的温度依赖电导(a)和热导电特性(b, c)；在25 °C和80 °C下，TACJAM不同方向的电导(d, e)和导电各向异性增强程度(f)随VO2含量的变化

图6：TACJAM和三个对比样品在不同方向上的导电性(a, b)；TACJAM和三个对比样品在25 °C和80 °C下不同方向的电导(c, d)以及各向异性程度(e)和各向异性程度增强(f)

TACJAM的颜色随着VO2含量的增加而加深，TACJAM中的VO2吸收了更多的激发和发射光，导致TACJAM荧光强度降低。TACJAM的荧光发射强度随着温度的升高而降低，表明TACJAM具有温度淬灭特性。TACJAM的发射光颜色在黄光区域（图7）。与对比样品相比，TACJAM表现出更强的激发和发射峰强度。作为制备多功能纳米材料的结构单元，Janus纳米带比复合纳米带具有更大的结构优势（图8）。

图7：含有不同VO2含量的TACJAM在25 °C (a, d, g)和80 °C (b, e, h)下的激发光谱(a, b)、发射光谱(d, e)和CIE色度坐标图(g, h)；Dy(acac)3bipy含量为10%和VO2含量为200%的TACJAM在不同温度下的激发光谱(c)、发射光谱(f)和CIE色坐标图(i)

图8：TACJAM和三个对比样品在25 °C (a, b, c)和80 °C (d, e, f)下的激发光谱(a, c)、发射光谱(b, d)和CIE色坐标图(c, f)。

TACJAM可应用于定向传导和集成电路领域。当TACJAM的X方向用作电路连接时，随着电路中TACJAM温度升至80 °C，指示灯正常工作；当使用TACJAM的Y方向作为电路连接时，电路中的指示灯在任何温度下都无法正常工作。此外，TACJAM在黑暗环境中，在295 nm紫外光照射下，可以在近白光区域发出黄色荧光，实现对TACJAM黑暗环境中工作状态的观察和可视化。当TACJAM加热到80 °C时，荧光强度降低，X方向的电导显著增加，因此灯笼亮起。这表明不同的功能可同时应用，并高度集成到同一材料中。如果灯笼发生故障无法发光，尽管很难根据TACJAM的电导直接确定其是否被加热，但仍可通过观察TACJAM荧光强度的变化来进行温度监测。这一新发现将为TACJAM的实际应用提供更广阔的前景（图9）。

图9：TACJAM在不同温度下在电路中的应用演示：灯笼在自然光下以X方向(a, b)和Y方向(c, d)连接到TACJAM；在黑暗环境中，295 nm紫外光照射下TACJAM在X方向(e, f)和Y方向(g, h)的可视化。

通过调节TACJAM中的VO2含量和温度获得可调的磁信号。随着TACJAM中VO2含量的增加，磁化强度增加。从25 °C升温至80 °C，TACJAM的磁化强度增大约6倍，这是由于TACJAM中的VO2从低温下的M相转变为高温下的R相（即V4+离子从低温二聚态转变为高温泡利顺磁态）。TACJAM表现出泡利顺磁性。本研究利用加热VO2同时赋予TACJAM磁性和导电性，达到一石二鸟的效果（图10）。

图10：不同VO2含量的TACJAM在25 °C (a)和80 °C (b)下的磁滞回线。

当TACJAM应用于防伪领域时，它在室温下表现出强的荧光，在X方向上具有弱导电性，弱各向异性导电性和磁性。这些性能会随着温度的变化而变化。加热TACJAM会减弱其荧光强度，将提高X方向的电导，增加其各向异性导电性和磁性。完整的真实性验证过程需要连续检测上述所有性能变化，验证过程需要两个特殊的密钥：295 nm紫外光和热刺激。只有通过上述步骤完全验证原始样品，才能确认其为正品（图11）。这种多模式防伪是通过监测TACJAM在加热过程中的四种性能变化来实现的，不仅大大提高了防伪安全性，而且不依赖昂贵的检测设备，具有显著的应用优势。

图11：基于TACJAM的多模防伪，使用295 nm紫外光和热刺激两个特殊密钥。

长春理工大学在读博士生刘晓娜为该项研究成果的第一作者。本研究报道的TACJAM有望拓展ACMs的实际应用领域，如智能热管理、温度报警、智能药物控释和多模成像，为防伪技术提供全新的解决方案，并提出新的设计策略来开发新型多功能热致ACMs。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.139490

人物简介：

董相廷，长春理工大学化学与环境工程学院教授，博士，博士生导师。从事纳米材料与技术研究，主要研究方向为：电纺技术构筑光电磁多功能一维纳米结构材料与特性研究；电纺技术构筑稀土化合物一维纳米材料与发光性能研究；电纺、水热与溶剂热等及其结合技术构筑低维纳米材料与表征，并将所构筑的低维纳米材料应用于光催化分解有机污染物、光催化分解水制氢、电催化析氢和析氧、锂离子电池、锂硫电池、超级电容器和气体传感器中。以第1名获吉林省技术发明一等奖1项、技术发明二等奖1项、自然科学二等奖1项和吉林省自然科学学术成果奖一等奖2项；以通讯作者在Adv. Funct. Mater., Matter, Small, Renew. Sust. Energ. Rev., Chem. Eng. J., Renew. Energ., ACS AMI, Compos. Sci. Technol., Sensor Actuat B: Chem, J. Mater. Chem. C, Nanoscale等国际重要期刊发表论文500余篇，D指数44 (Research. Com)；获授权国家发明专利100余件；研究成果引起领域内同行的高度关注。

谢云蕊，长春理工大学化学与环境工程学院副教授，博士，硕士生导师，吉林省高层次D类人才。主要从事光电纳米材料及纳米材料基摩擦纳米发电机(TENG)器件的开发与应用研究。主持国家自然科学基金青年项目、重庆市自然科学基金、吉林省自然科学基金等多个项目。以第一作者和通讯作者在Matter, Chem. Eng. J., J. Colloid Interf. Sci., Nanoscale, J. Mater. Chem. C, Sustain. Mater. Techno.等国际重要期刊发表论文10余篇，包括ESI 1%论文1篇。申请国家发明专利3件，授权国家发明专利1件。