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  液晶彈性體（LCE）因可在液晶-各向同性轉變過程中產生大幅可逆形變，被廣泛視為軟機器人和人工肌肉的理想材料。然而，傳統的 LCE依賴不可逆共價交聯，一旦成型難以回收或重新加工，且構筑復雜結構往往也需要繁瑣的工藝步驟。盡管動態共價鍵和金屬配位體系為材料帶來了可重構性，但它們在低于120 °C的溫和條件下往往難以實現穩定的熔體流動，同時也難以兼顧足夠的驅動能力和循環穩定性。

  近期，北京科技大學的姜乃生團隊與約翰斯·霍普金斯大學（JHU）的李宇展研究員合作提出了一種新的超分子設計策略：在線性聚氨酯-脲主鏈中引入酰基氨基脲（acylsemicarbazide，ASC）單元，利用其多重氫鍵構建動態物理交聯網絡，形成一類基于 ASC 的超分子液晶彈性體（SLCE）。

  2025年11月26日，相關論文以“Acylsemicarbazide-Based Supramolecular Liquid Crystal Elastomers: from Molecular Design to Melt-Processing Actuators”為題發表在Advanced Functional Materials上，論文第一作者為北京科技大學材料科學與工程學院博士研究生董智翔。

  該設計旨在同時實現高功輸出、可編程、可修復、可回收以及可低溫熔融加工的多重性能。在低溫下，ASC多重氫鍵可以提供足夠的網絡支撐，使材料在驅動循環中保持穩定形變；在較高溫度時，部分氫鍵的可逆解締可使材料獲得類似熱塑性高分子的流動性，從而可實現取向重編程、熔融加工及多輪回收。通過調節硬段含量（18.3 - 26.9 wt.%）以及更換脂肪族或芳香族二肼擴鏈劑，可以分別調控氫鍵密度與強度，從分子層面對熱學、力學和驅動性能進行系統調節。

  該 SLCE 體系展現出優異的驅動性能。以脂肪族擴鏈的 AD10 為例，其 0.3 mm 厚薄膜可反復舉起 200 g 負載（約為自重的 3300 倍），功容量高達260 kJ·m^-3，是已報道的氫鍵型 SLCE 的兩倍以上。當將擴鏈劑替換為剛性的對苯二甲酰二肼后，所得 TD10 的熱致應變可高達 72%，同時仍保持約180 kJ m^-3 的功容量。此外，由于 ASC氫鍵在中等溫度下即可部分解締，SLCE 能在低于120 °C 條件下實現熔融加工。例如，該 SLCE 既可通過熔融擠出得到剪切誘導取向的纖維致動器，也可通過注塑在模具中快速成型網格等復雜結構；材料冷卻后仍能在30-100 °C 范圍內保持穩定的可逆變形。與此同時，ASC 多重氫鍵還賦予材料優異的自修復與可回收特性。在 100 °C 熱壓條件下，斷裂薄帶可重新焊接并恢復承載能力；材料碎片經過熱壓或溶劑重鑄后，其力學與致動性能在多輪循環中仍保持穩定。即便經歷三次再加工，由 TD10 制得的致動器仍能穩定舉起 10 g 的負載。

  綜上，通過引入 ASC 多重氫鍵并調控其密度與強度，研究者構建了兼具高功容量、可低溫熔融加工、自修復與可回收性的超分子LCE體系。該體系原料易得、合成簡單且結構高度可調，具備規模化潛力，為可編程、可加工的軟體致動器提供了新的材料方案，有望加速液晶彈性體在軟機器人和可穿戴設備等領域的應用。

圖1. ASC 基 SLCE 的合成路線及其結構、相變與力學行為表征。

圖2. SLCE 的氫鍵結構、取向編程方法及其致動與驅動性能。

圖3. 通過熔融擠出與注塑成型制備SLCE致動器。

圖4. SLCE 的自修復與可回收性。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202524643