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  基于液晶彈性體的軟體驅(qū)動(dòng)器具有驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)異、質(zhì)量輕和可無(wú)線操控等諸多優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療器械、智能紡織、機(jī)器人等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，液晶軟體驅(qū)動(dòng)器的制備工藝復(fù)雜，通常需要兩步甚至多步操作才能完成，同時(shí)制備過(guò)程伴隨著高溫或紫外光的使用，且所得材料的形狀和驅(qū)動(dòng)模式無(wú)法根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行靈活調(diào)整，因此限制了其實(shí)際應(yīng)用。引入非共價(jià)鍵替代共價(jià)鍵作為網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)點(diǎn)是簡(jiǎn)化液晶彈性體制備工藝、得到具有定制化形狀的驅(qū)動(dòng)器的一種可行方法。然而，如何構(gòu)建兼具優(yōu)良驅(qū)動(dòng)性能和加工性能的液晶彈性體仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

圖1. 基于氫鍵的超分子液晶彈性體的合成、拉伸誘導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)取向和固定

  針對(duì)上述問(wèn)題，上海交通大學(xué)的劉湍和林秋寧等人從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)構(gòu)建了一種以氫鍵作為物理交聯(lián)點(diǎn)的熱塑性液晶彈性體（HB-TLCE），如圖1所示，該結(jié)構(gòu)中含有大量的氫鍵以維持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，而短支鏈可以用于避免物理結(jié)晶。在拉伸或剪切力的作用下，網(wǎng)絡(luò)中的液晶結(jié)構(gòu)單元發(fā)生取向，同時(shí)，氫鍵發(fā)生動(dòng)態(tài)重排后形成了一個(gè)更穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而僅用一步就完成了液晶網(wǎng)絡(luò)的取向及其固定。基于該材料，絲線或2D/3D器件能夠通過(guò)在室溫下機(jī)械拉伸或在中高溫下熔融擠出（< 100 °C）的一步法快速制備成型（e.g., < 1 min），并在溫度調(diào)控下展現(xiàn)出可逆且穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)行為，同時(shí)氫鍵的動(dòng)態(tài)性又賦予了材料可重復(fù)加工和可重復(fù)編程的特性。與現(xiàn)有研究工作相比，本工作極大的簡(jiǎn)化了液晶軟體驅(qū)動(dòng)器的制備工藝，成功構(gòu)建了兼具優(yōu)良驅(qū)動(dòng)性能和加工性能的熱塑性液晶彈性體。

）變?yōu)?/span>18.7 mm，直徑（D₁）變?yōu)?/span>3.9 mm，此時(shí)體積（V₁）為223 mm³。將熱刺激移除后，管狀驅(qū)動(dòng)器的長(zhǎng)度（L₂）恢復(fù)為16.5 mm，直徑（D₂）恢復(fù)為5.5 mm，此時(shí)體積（V₂）為392 mm³。此外，HB-TLCE驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)模式在100 °C熱處理后會(huì)消失，隨后再通過(guò)室溫下拉伸的方法又能重新編程其驅(qū)動(dòng)模式。這樣就可以用同一塊HB-TLCE樣品制備出具有不同運(yùn)動(dòng)模式和形狀的軟體驅(qū)動(dòng)器。 

圖3. 采用熔融紡絲和注塑的一步法制備液晶軟體驅(qū)動(dòng)器

  熔融紡絲和注塑成型是兩種常見(jiàn)的高分子工業(yè)化生產(chǎn)方式，本工作進(jìn)一步驗(yàn)證了液晶軟體驅(qū)動(dòng)器能夠通過(guò)這兩種方法制備。如圖3所示，利用熔融紡絲方式，本工作獲得了連續(xù)的液晶纖維，HB-TLCE纖維可以穿入繡花針中進(jìn)行刺繡或縫合。在25-60 °C的熱循環(huán)下，通過(guò)液晶纖維縫合的兩塊布料被絲線的驅(qū)動(dòng)力牽引，其圖案能夠在“To”“day”和“Today”之間可逆切換。以上結(jié)果表明，HB-TLCE纖維在智能織物方面具有很大的應(yīng)用潛力。利用注塑成型方式，本工作能夠在秒級(jí)時(shí)間內(nèi)快速制備具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器具有兩個(gè)正交的取向方向，并在熱循環(huán)下（25 °C -60 °C）展現(xiàn)出可逆的驅(qū)動(dòng)行為（網(wǎng)格尺寸：16.5 × 17.5 mm²?14.5 × 15.5 mm²）。以上結(jié)果表明，規(guī)模化和定制化地生產(chǎn)液晶軟體驅(qū)動(dòng)器將成為可能。

  上海交通大學(xué)碩士研究生樊玥欣是該論文的第一作者，劉湍助理研究員和林秋寧研究員為通訊作者，團(tuán)隊(duì)的朱麟勇教授提供了大力支持和悉心指導(dǎo)。本工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFC2701400和2019YFA0110500）、國(guó)家自然科學(xué)基金（52103119、22022506和32121005)、交大2030計(jì)劃、上海市浦江人才（21PJ1405900）等項(xiàng)目的資助。
注：誠(chéng)邀博士后加入團(tuán)隊(duì)，有意者請(qǐng)將簡(jiǎn)歷發(fā)至郵箱（tuan-liu@sjtu.edu.cn）。

  論文信息: One‐Step Manufacturing of Supramolecular Liquid‐Crystal Elastomers by Stress‐Induced Alignment and Hydrogen Bond Exchange, Y Fan, T Liu*, Y Li, X Miao, B Chen, J Ding, Z Dong, O Rios, B Bao, Q Lin*, L Zhu, Angew Chem, e202308793

  https://doi.org/10.1002/anie.202308793