液晶彈性體（Liquid Crystal Elastomers, LCEs）因其在外界刺激（如光、熱、電場(chǎng)）下可逆的大變形、高輸出力等特性，被譽(yù)為軟體機(jī)器人、人工肌肉和智能傳感器的理想材料。通過引入動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵（DCBs）賦予LCEs網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)模式的可編程與材料回收利用。然而，動(dòng)態(tài)鍵在驅(qū)動(dòng)過程中的意外激活（尤其在高溫下）會(huì)導(dǎo)致材料拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)失穩(wěn)，引發(fā)驅(qū)動(dòng)性能衰減甚至災(zāi)難性失效，嚴(yán)重制約其實(shí)際應(yīng)用?，F(xiàn)有策略往往以犧牲可重構(gòu)性或驅(qū)動(dòng)性能為代價(jià)換取短期穩(wěn)定性，如何協(xié)同解決這一矛盾成為領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。 針對(duì)這一難題，清華大學(xué)吉巖副教授研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于高溫激活閾值動(dòng)態(tài)鍵（α-AC/A）的創(chuàng)新策略，利用α-AC/A動(dòng)態(tài)鍵的溫度“門控”行為，成功制備出兼具長(zhǎng)期穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)與高效可重構(gòu)性的動(dòng)態(tài)LCE材料。α-AC/A動(dòng)態(tài)鍵在120°C以下保持惰性，避免驅(qū)動(dòng)過程中的意外鍵交換；而在160°C時(shí)迅速激活，實(shí)現(xiàn)高效網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。本研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金的資助，得到南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限公司的幫助。
圖1 溫度“門控”動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵LCE 該設(shè)計(jì)采用無催化劑UV自由基聚合構(gòu)建永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，避免傳統(tǒng)堿催化酯交換反應(yīng)對(duì)穩(wěn)定性的破壞。通過后溶脹法引入α-AC/A動(dòng)態(tài)鍵，簡(jiǎn)化合成流程并精準(zhǔn)調(diào)控動(dòng)態(tài)鍵含量，平衡LC介晶排列與動(dòng)態(tài)性需求。另外通過永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)輔助，進(jìn)一步抑制高溫下的鏈段滑移，確保拓?fù)浞€(wěn)定性。 圖2 基于α-AC/A動(dòng)態(tài)鍵的LCE合成 這種設(shè)計(jì)使材料在120°C高溫下可穩(wěn)定運(yùn)行10,000次驅(qū)動(dòng)循環(huán)（遠(yuǎn)超現(xiàn)有動(dòng)態(tài)共價(jià)LCE的耐久性），同時(shí)保留在160°C下的快速再編程能力，首次實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性和可重構(gòu)性的長(zhǎng)效可逆切換。在負(fù)載下仍能保持穩(wěn)定的機(jī)械功輸出，適用于工業(yè)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景。 圖3 溫度“門控”動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵LCE的驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性 該研究通過動(dòng)態(tài)化學(xué)的精準(zhǔn)調(diào)控，解決了動(dòng)態(tài)LCE材料中“穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)”與“可重構(gòu)性”的固有矛盾，為智能軟驅(qū)動(dòng)器在高溫環(huán)境下的長(zhǎng)時(shí)可靠運(yùn)行提供了全新解決方案。這一設(shè)計(jì)策略可拓推動(dòng)了智能材料在柔性電子、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。 論文信息 Thermally Gated Covalent Adaptivity in Liquid Crystal Elastomers for Stable Actuation Yixuan Wang, Enjian He, Huan Liang, Yuting Wang, Zhijun Yang, Shuhan Zhang, Prof. Yen Wei, Guoli Wang, Chao Gao, Prof. Yan Ji Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202506571
