液晶高分子網絡(LCN)是一類同時具有液晶有序性和橡膠熵彈性的智能材料，可以作為軟體驅動器在在外界刺激下實現形變或移動。這類材料在軟體機器人，人造肌肉等領域有廣泛的應用前景。儘管在過去的近十年中，液晶驅動器的性能方面已取得了許多重大進展，但由於其內部的交聯結構，這類材料的加工性能較差並且不能重複編輯其驅動行為因而大大降低了其實際應用價值。針對這一問題，目前科研人員們普遍引入可逆交換鍵來提高液晶驅動器的加工性和可重複編輯性。但這類材料的編輯過程通常需要在高溫或強光照射下施加外力進行。因此，發明一種能在溫和條件下可重複編輯並具有良好加工性能的液晶高分子網絡仍是一項極具挑戰的任務。針對這一問題，加拿大舍布魯克大學(university of Sherbrooke) 趙越教授團隊將Diels-Alder（DA）可逆鍵引入液晶高分子網絡製備出了一種新型自鎖型液晶高分子動態網絡（LCDAN）。
(a)自鎖型LCDAN的化學結構和製備過程。(b)室溫編輯LCDAN驅動器和驅動器可逆形變的機理圖。
這一全新的材料能在室溫下編輯成各種複雜的形狀。同時還能和熱塑性材料一樣在高溫下進行溶液澆築和熔融成型加工。 這種材料可用聯苯或偶氮苯作為液晶基元，ＤＡ鍵作為熱響應可逆交聯點。材料在加熱的過程中DA鍵被解除，但冷卻到室溫後DA交聯點不會立刻形成。這種緩慢的動力學特性使液晶高分子網絡可在室溫下通過機械外力將材料編輯為所需形狀同時使液晶基元有序排列。編輯完成後，隨著時間的推移，液晶基元的有序排列和編輯的形狀可被逐漸形成的DA鍵自動鎖定。無需任何後處理，在室溫等待一段時間後，得到的液晶驅動器可在熱或光刺激下實現可逆形變。由於具有溫和的編輯條件和充足的編輯時間，材料可編輯或重複編輯成各種複雜，精緻的形狀，這是傳統液晶驅動器無法實現的。例如，作者將同一片液晶膜編輯成一系列複雜的摺紙狀驅動器，通過熱刺激可分別實現相應的可逆形變。更有趣的是，自鎖型LCDAN可以進一步用於製造可重編程的實體三維驅動器。長方體LCDAN可以編輯為球形驅動器。自鎖後，在加熱／冷卻過程中，驅動器可呈現出球體－長方體可逆變換。相同的樣品可以重新編程為其他實體3D幾何形狀，例如星形，扇形和平行六面體。另外，如果使用偶氮苯作為液晶基元，材料還可被編輯光響應的驅動器。通過偶氮苯的光異構性，驅動器能在紫外光刺激下爬行或者滾動。不同於可逆交換鍵，DA交聯點可在高溫下被解除，使得材料變更成線性高分子，所以LCDAN可以溶解在溶劑中，然後可以澆築成管狀驅動器。材料也
可以加熱成熔融狀，通過快速拉絲輕易地製備絲狀驅動器。絲狀驅動器還能在熱刺下提起重物。這項工作不僅製備出了一類易於編輯和加工的自鎖型液晶材料，而且還為液晶驅動器的設計提供了一種全新的思路。該工作於近期發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: org/10.1002/ange.202000181）舍布魯克大學趙越教授為通訊作者，博士生江智超為第一作者。
(a)-(b)摺紙狀液晶驅動器及其可逆形變。(c)實體三維液晶驅動器及其可逆形變。(d)光驅動條狀偶氮苯液晶驅動器及其爬行運動。(e)光驅動輪狀偶氮苯液晶驅動器及其光誘導滾動。
(a)液晶溶液澆築的管狀驅動器及其拉伸-收縮可逆行為。(b)直接從液晶熔體中拉伸得到的絲狀驅動器及其可逆形變和提起重物行為。
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000181
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