液晶彈性體（LCE）是制備軟體驅(qū)動器的重要材料。調(diào)節(jié)液晶彈性體的驅(qū)動溫度可實現(xiàn)對其驅(qū)動開始條件的控制，但這通常在合成步驟時完成，且之后難以改變。另一方面，如果可以在合成后實現(xiàn)驅(qū)動溫度的時空調(diào)節(jié)，則可以對LCE中的多個驅(qū)動起始點進行編碼，從而使軟驅(qū)動器具備執(zhí)行邏輯化運動的能力。然而，由于需在復雜合成過程中調(diào)控液晶基元的區(qū)域化取向排列，這項任務(wù)極具挑戰(zhàn)性。
近期，浙江大學化學工程與生物工程學院趙騫教授團隊基于網(wǎng)絡(luò)拓撲異構(gòu)原理實現(xiàn)了液晶彈性體驅(qū)動溫度的區(qū)域化調(diào)控，進而能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯化的驅(qū)動行為，有望豐富未來軟體機器人的驅(qū)動功能。該工作以“Programming actuation onset of a liquid crystalline elastomer via isomerization of network topology”為題發(fā)表于《Nature Communiaction》上。論文的第一作者為陳冠聰博士，通訊作者為金斌杰博士與趙騫教授。該研究工作受到了謝濤教授的支持與指導。
圖1拓撲異構(gòu)液晶彈性體網(wǎng)絡(luò)的合成與編程
可拓撲異構(gòu)的液晶彈性體網(wǎng)絡(luò)內(nèi)具有兩種酯鍵，即存在于液晶相內(nèi)的芳香族與非液晶相內(nèi)的脂肪族酯鍵（圖1a）。因此，該網(wǎng)絡(luò)可發(fā)生兩類不同的酯交換反應(yīng)。具體而言，脂肪酯之間的同鍵交換能夠固定液晶取向而不影響液晶相結(jié)構(gòu)（不改變驅(qū)動溫度），而芳香族和脂肪族酯之間的異鍵交換不僅可以固定取向，同時也能改變（降低）驅(qū)動溫度（圖1b-c）。通過光產(chǎn)堿催化劑對兩類反應(yīng)進行時空控制，從而實現(xiàn)驅(qū)動溫度的區(qū)域化調(diào)控，進而在驅(qū)動幾何形狀和邏輯順序上具有獨特的可控性（圖1e-f）。
圖2 LCEs的驅(qū)動程序(催化劑:1%中和TBD，預(yù)拉伸應(yīng)變:50%)
圖3 LCEs的驅(qū)動程序(催化劑:PBG，預(yù)拉伸應(yīng)變:50%，編程溫度: 120℃)
圖4 LCE的邏輯化驅(qū)動方式
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42594-8
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