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  驅動器可以在外界刺激的作用下產生變形或者運動，從而將外界能量轉化為機械能。相比于傳統的剛性驅動器，聚合物柔性驅動器具備廣泛可調的機械、熱、光學性能，并且具有使用安全、操作簡單(自適應性)、低成本、輕質、低能耗、耐損傷、大形變以及高運動復雜性等優勢。因此，聚合物柔性驅動器有望用于微機械系統、人工肌肉、醫療設備、柔性電子產品、可穿戴設備以及軟機器人等高新技術領域。在眾多柔性聚合物材料中，液晶聚合物網絡(Liquid crystalline polymer networks, LCNs)已經成為制備聚合物柔性驅動器的理想選擇。此類材料同時具備熵彈性以及液晶有序性，集感知、驅動和控制于一身，在特定外界刺激下會自發產生可逆宏觀形變。

圖1 LCNs在外界刺激下的可逆形變機理示意圖

  LCNs產生大的自發形變需要對液晶基元宏觀取向排列，得到單疇LCNs。所謂單疇LCNs，是指LCNs交聯網絡內部的大部分液晶基元都沿單一方向排列。傳統的LCNs為永久交聯的熱固性材料，其一旦固化完全，就無法進行重加工。因此，傳統的制備單疇LCNs的方法都是在材料完全交聯之前進行液晶基元的取向。研究者也提出了一系列不同的制備單疇LCNs的方法，如兩步交聯法、原位光照取向法、外場法、軟光刻、噴墨印刷以及微流體等。但這些取向方法除了存在成功率低、取向度低和材料尺寸受限等缺陷，所得材料基本為條狀或者薄膜狀，復雜三維(3D)形狀LCNs驅動器的制備更是難以實現，而聚合物柔性驅動器的功能很大程度上依賴于其形狀變化，形狀的復雜度對應用至關重要。

  可交換動態共價鍵是一類在特定外界刺激下能可逆斷裂-重新生成的共價鍵，并且不會發生不可逆的副反應。自2013年以來，研究者提出了一種全新的制備單疇LCNs的方法，即將可交換動態共價鍵引入LCNs中，利用交換反應實現材料“先交聯后拉伸取向”。該液晶基元的取向是在完全固化后進行的，在特定外界刺激下用外力拉伸，利用交換反應實現網絡拓撲結構重排，將拉伸所致的液晶基元取向固定，從而得到單疇LCNs。該方法克服了傳統制備方法成功率低、取向度低以及材料尺寸受限等缺陷，且由于動態共價鍵賦予交聯網絡的可加工性能，材料可以靈活設計為復雜的3D形狀，實現可逆3D形狀驅動器的制備，很大程度上地推進了LCNs驅動器實際應用的可能性。

  吉巖副教授課題組在《高分子學報》2019年第5期“動態共價鍵高分子”專輯(即將發表)的專論中對已報道的含可交換動態共價鍵的不同代表性LCNs的體系進行了詳細介紹，首先介紹了可交換動態共價鍵的引入對各種不同LCNs體系取向方法帶來的變化；其次介紹了可交換動態共價鍵的引入賦予LCNs不同于傳統永久交聯LCNs的新功能，如復雜3D形狀可逆驅動、重復編程取向、自愈合修復等；最后，對含可交換動態共價鍵的LCNs驅動器未來面臨的挑戰及發展方向進行了展望。

圖2  可交換動態共價鍵賦予LCNs的全新性能

  鏈接地址：http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/gfzxb20190004jiyan.pdf

  doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19004