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Aggregate 鼓励打破学科藩篱，实现研究范式转移，在更高的结构层次上探索更复杂的系统和过程。
文章信息
通讯作者：兰若尘（江西师范大学），杨槐（北京大学）
作者：邓召坪，陈欣雨，邓昕睿，杨江民，周帅，陈景玉，王培祥，杨槐*，兰若尘*
Keywords：
liquid crystal networks
soft actuator
programmable
structural anisotropy
原文链接：
https://doi.org/10.1002/agt2.633
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文章简介
软致动器能够将外部刺激转化为机械响应，在发展先进智能软机器人方面具有重大潜力。液晶网络 (LCN) 作为一种制备刺激响应型软致动器的材料而备受关注。由于液晶 (LCs) 的各向异性和聚合物网络的弹性相结合，LCN在分子异构化、热、湿度或光热、电热和磁热效应引起的有序LC中间体扰动下，表现出可逆的大幅度变形。目前，通过构建贯穿LCN厚度的结构梯度，包括分子排列梯度、化学成分梯度和交联密度梯度，可以实现LCN的复杂3D形变。在LCN薄膜厚度上构建交联密度梯度已被广泛应用于制造具有宽带反射的胆甾 LCN薄膜。然而，基于交联梯度的LCN驱动器仅在垂直排列的LCN薄膜中被报道。因此，通过简单快速的一步光聚合，制备具有交联梯度的均匀取向的LCN薄膜对实现可编程三维变形具有重要意义。
基于此，本文通过在薄膜厚度上构建结构各向异性，设计并制备了一种可编程光驱动LCN软致动器，并通过改变聚合条件及单体成分来调整LCN中纳米孔的大小和分布，以调整LCN薄膜的致动行为。此外，纳米多孔LCN薄膜可作为一种有前途的模板加以利用。它通过可行的清洗和重新填充工艺改变光热染料来实现不同的光响应性，从而成为一种可重新编程的光驱动软致动器 (图1)。
图1. 可编程光驱动软致动器的设计策略
进一步研究中，将液晶单体与光热分子共聚制备了具有快速光响应性的LCN薄膜。它可以被局部光刺激轻松操控，实现稳定快速的可逆响应，其响应速度、形变程度与光强度、光热分子的含量有关 (图2)。
图2. 快速光响应性LCN薄膜的性能表征
基于遮罩策略和精确的几何切割策略，能够实现LCN薄膜复杂驱动行为。此外，利用可行的清洗和重新填充工艺，选择性染料的浸泡能够赋予薄膜局部的光响应性，实现了薄膜作为一种模板的可编程性，使得薄膜能够将形变调整到由特定的光波长驱动 (图3)。
图3. LCN薄膜复杂的驱动行为及作为模板的可编程性
这项工作通过在薄膜厚度上构建结构各向异性，设计并制备了一种可编程光驱动LCN软致动器：通过聚合诱导小分子量单体和聚合物网络相分离来实现三维变形；液晶单体与不同的光热染料共聚以实现不同的光响应；通过可行的清洗和再填充过程，纳米多孔LCN薄膜被用作模板进行重复编程。这种具有光学可编程性的LCN薄膜为简单构建具有复杂功能的智能软机器人提供了一种直观的方法。
以上研究论文以“Programmable light-driven soft actuator enabled by structurally anisotropic liquid crystalline network”为题发表于 Aggregate 期刊，论文共同第一作者为江西师范大学本科生邓召坪和硕士研究生陈欣雨，共同通讯作者为北京大学杨槐教授和江西师范大学兰若尘特聘教授。
（Aggregate 2024, e633. https://doi.org/10.1002/agt2.633）
通讯作者
杨槐，北京大学终身教授，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发计划首席科学家，国家基金委创新群体负责人，英国皇家化学会会士，科技部“高端功能与智能材料”专家组专家、中国新材料产业技术 创新战略联盟副理事长。
先后承担国家基金委创新研究群体、国家基金委重大仪器研制、国家杰出青年基金、国家自然科学基金重点项目、国家基金委国际合作交流重点项目、国家重点研发计划、国家“863计划”等30余项；在 Nat. Commun. 和 Adv. Mater. 等国际学术期刊上发表SCI论文320余篇；已获授权国家发明专利80余件；作为第一完成人，获2014年教育部技术发明奖一等奖、2016年教育部自然科学奖一等奖、2015年国家技术发明二等奖、2020年国家技术发明二等奖。2011年和2019年Feng Xinde Polymer Prize (Elsevier)。
兰若尘，现任江西师范大学特聘教授，入选国家“博新计划”、江西省青年科技人才项目等，近五年以第一作者或通讯作者在国际知名期刊 Adv. Mater. (6), Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct., Mater. (7), Mater. Horiz., Nano Lett., Chem. Sci., CCS Chem. 等发表论文30余篇，授权国家发明专利8项，主持国家自然科学基金等项目5项。
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