Angew. Chem.: 基于多功能动态共价有机光热分子的本征光热驱动与可重构液晶弹性体致动器

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近年来,兼具光热响应和可重构特性的液晶弹性体(LCE)因其可通过改变致动模式适应不同应用需求而备受关注。现有光驱动可重构LCE致动器通常需依赖于两种不同类型的功能分子(光热试剂和动态单体)来同时实现光热响应性和可重构性。然而,多组分体系的引入显著增加了LCE材料系统的复杂性。此外,传统物理掺杂法在LCE基质中引入光热试剂时普遍面临聚集、相分离及掺杂浓度受限等挑战,上述问题易引发光驱动速率下降与机械性能劣化。因此,开发具有光热功能的动态共价分子有望简化LCE的组分构成,同时赋予它们更丰富的功能,包括但不限于光热响应性和可重构性。

近期,南昌大学谌烈教授和东南大学王猛副研究员通过化学键合策略将多功能动态共价有机光热分子(1,4-苯醌二肟,BQDO)引入LCE网络,成功开发出新型光驱动可重构液晶弹性体材料(PUOLCE)。该设计中BQDO组分展现出三重协同功能:(ⅰ) 扩链功能:通过化学键合至LCE基质的分子设计,克服传统光热试剂的物理掺杂局限;(ⅱ) 动态网络构建:作为动态共价前驱体,与异氰酸酯基团反应生成肟-氨基甲酸酯动态键,实现材料拓扑结构的智能可逆重构;(ⅲ) 本征光热驱动:通过分子内光热转换机制赋予PUOLCE近红外响应特性,实现非接触式精准光控致动。



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所制备的PUOLCE致动器在近红外光编程控制下可实现多级复杂致动器的组装,其变形模式具有高度可定制性。作为概念验证,研究团队构建了六瓣双层仿生致动器原型,成功展示其通过近红外光场调控实现多模态重构能力:包括仿生花朵开合、软体夹持器精准抓取、举升驱动器负载举升等多样化功能。该工作为开发具有智能形状自适应特性的软体机器人系统提供了全新设计范式。

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文信息

Intrinsically Photothermal-Driven and Reconfigurable Liquid Crystal Elastomer Actuators Enabled by Multifunctional Dynamic Covalent Organic Photothermal Molecules

Yangyang Zhu, Jiaxiang Huang, Hao Mi, Zhentian Xu, Yun Ai, Sihui Gong, Chunquan Li, Meng Wang, Lie Chen

南昌大学博士研究生祝阳阳为论文的第一作者,南昌大学谌烈教授和东南大学王猛副研究员为论文共同通讯作者。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202421915




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