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  在智能材料領(lǐng)域中，液晶高分子不僅具有高分子材料質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐疲勞等特點(diǎn)，同時(shí)液晶分子的取向排列還賦予了材料分子間的協(xié)同作用以及各向異性，極大地提高了材料的刺激響應(yīng)能力，是近年來的研究熱點(diǎn)之一。目前液晶高分子可以通過多種刺激方式（如光照、加熱、電磁場(chǎng)等）控制其形變，廣泛應(yīng)用在傳感器、制動(dòng)器、人工肌肉以及軟體機(jī)器人等領(lǐng)域。

  其中，光響應(yīng)變形的交聯(lián)液晶高分子（Crosslinked liquid crystalline polymer，CLCP）由于光遠(yuǎn)程定點(diǎn)精確操控以及光照參數(shù)可調(diào)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多種薄膜的制動(dòng)方式，如彎曲、滾動(dòng)、波動(dòng)、行走和推拉式運(yùn)動(dòng)。液晶高分子的光致形變功能完全由光控制，不需要任何電池、電動(dòng)機(jī)等的介入，可為微型機(jī)器人等微納系統(tǒng)提供重要的致動(dòng)部件。然而，由于交聯(lián)聚合物不溶不熔的特性，目前光響應(yīng)液晶高分子的加工性能還不夠理想，制備仍然停留在二維結(jié)構(gòu)，限制其實(shí)際的應(yīng)用。因此，如何有效制備具有三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的交聯(lián)液晶高分子成為我們亟待解決的問題。

  近日，北京航空航天大學(xué)陳愛華課題組設(shè)計(jì)了一種新型的液晶高分子交聯(lián)體系，通過帶有活性酯基團(tuán)的偶氮苯液晶嵌段共聚物和富含氨基的支化聚乙烯亞胺反應(yīng)，得到具有光、濕度多響應(yīng)的交聯(lián)液晶高分子（圖1）。并利用交聯(lián)體系中氫鍵作用以及高溫再交聯(lián)的特性，研發(fā)其自焊接的工藝（圖2）。此外，通過這種裁剪-焊接工藝有效制備了多種2D和3D的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可以集成到機(jī)械手臂中實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)物體的遠(yuǎn)程操控（圖3），在人工肌肉、軟體機(jī)器人領(lǐng)域中有巨大的應(yīng)用潛力。

圖1（a）CLCP體系化學(xué)結(jié)構(gòu)；（b）CLCP薄膜制備示意圖；（c）CLCP薄膜光、濕度響應(yīng)變形示意圖與照片。

圖2（a）CLCP薄膜焊接工藝示意圖；（b）2D焊接薄膜照片；（c）3D焊接圓環(huán)照片；（d-f）薄膜焊接前后力學(xué)性能研究。

圖3（a）3D焊接機(jī)械爪的設(shè)計(jì)示意圖；（b）仿鷹爪設(shè)計(jì)圖片；（c）光照、濕度響應(yīng)協(xié)同作用可以拓寬爪子的變形范圍；（d）機(jī)械爪集成到機(jī)械手臂實(shí)物照片；（e）被抓取物體照片，尺寸5 mm×5 mm×5 mm ，重4.5 mg；（f）光照、濕度響應(yīng)協(xié)同作用控制小物體的抓取。

  這一成果以題為“A Cut-and-Weld Process to 3D Architectures from Multiresponsive Crosslinked Liquid Crystalline Polymers”發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Small》上，文章第一作者為北航材料學(xué)院博士研究生鄭曉雄，通訊作者為陳愛華副教授。該研究為交聯(lián)液晶高分子的制備工藝提供了一種新的策略，并展示了其在軟體機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用的可能性。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201900110