液晶高分子网络(LCN)是一类同时具有液晶有序性和橡胶熵弹性的智能材料，可以作为软体驱动器在在外界刺激下实现形变或移动。这类材料在软体机器人，人造肌肉等领域有广泛的应用前景。尽管在过去的近十年中，液晶驱动器的性能方面已取得了许多重大进展，但由于其内部的交联结构，这类材料的加工性能较差并且不能重复编辑其驱动行为因而大大降低了其实际应用价值。针对这一问题，目前科研人员们普遍引入可逆交换键来提高液晶驱动器的加工性和可重复编辑性。但这类材料的编辑过程通常需要在高温或强光照射下施加外力进行。因此，发明一种能在温和条件下可重复编辑并具有良好加工性能的液晶高分子网络仍是一项极具挑战的任务。针对这一问题，加拿大舍布鲁克大学(university of Sherbrooke) 赵越教授团队将Diels-Alder（DA）可逆键引入液晶高分子网络制备出了一种新型自锁型液晶高分子动态网络（LCDAN）。
(a)自锁型LCDAN的化学结构和制备过程。(b)室温编辑LCDAN驱动器和驱动器可逆形变的机理图。
这一全新的材料能在室温下编辑成各种复杂的形状。同时还能和热塑性材料一样在高温下进行溶液浇筑和熔融成型加工。 这种材料可用联苯或偶氮苯作为液晶基元，ＤＡ键作为热响应可逆交联点。材料在加热的过程中DA键被解除，但冷却到室温后DA交联点不会立刻形成。这种缓慢的动力学特性使液晶高分子网络可在室温下通过机械外力将材料编辑为所需形状同时使液晶基元有序排列。编辑完成后，随着时间的推移，液晶基元的有序排列和编辑的形状可被逐渐形成的DA键自动锁定。无需任何后处理，在室温等待一段时间后，得到的液晶驱动器可在热或光刺激下实现可逆形变。由于具有温和的编辑条件和充足的编辑时间，材料可编辑或重复编辑成各种复杂，精致的形状，这是传统液晶驱动器无法实现的。例如，作者将同一片液晶膜编辑成一系列复杂的折纸状驱动器，通过热刺激可分别实现相应的可逆形变。更有趣的是，自锁型LCDAN可以进一步用于制造可重编程的实体三维驱动器。长方体LCDAN可以编辑为球形驱动器。自锁后，在加热／冷却过程中，驱动器可呈现出球体－长方体可逆变换。相同的样品可以重新编程为其他实体3D几何形状，例如星形，扇形和平行六面体。另外，如果使用偶氮苯作为液晶基元，材料还可被编辑光响应的驱动器。通过偶氮苯的光异构性，驱动器能在紫外光刺激下爬行或者滚动。不同于可逆交换键，DA交联点可在高温下被解除，使得材料变更成线性高分子，所以LCDAN可以溶解在溶剂中，然后可以浇筑成管状驱动器。材料也
可以加热成熔融状，通过快速拉丝轻易地制备丝状驱动器。丝状驱动器还能在热刺下提起重物。这项工作不仅制备出了一类易于编辑和加工的自锁型液晶材料，而且还为液晶驱动器的设计提供了一种全新的思路。该工作于近期发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: org/10.1002/ange.202000181）舍布鲁克大学赵越教授为通讯作者，博士生江智超为第一作者。
(a)-(b)折纸状液晶驱动器及其可逆形变。(c)实体三维液晶驱动器及其可逆形变。(d)光驱动条状偶氮苯液晶驱动器及其爬行运动。(e)光驱动轮状偶氮苯液晶驱动器及其光诱导滚动。
(a)液晶溶液浇筑的管状驱动器及其拉伸-收缩可逆行为。(b)直接从液晶熔体中拉伸得到的丝状驱动器及其可逆形变和提起重物行为。
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000181
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