液晶彈性體材料在熱、光、電、磁等外界刺激下可發(fā)生形狀的自發(fā)改變，作為致動器及感應(yīng)器在人工肌肉、柔性機器人、盲人顯示器等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。這種形狀的改變是基于高分子內(nèi)部的液晶有序性，通過光、熱、磁等方式改變這種有序性將產(chǎn)生可逆的宏觀形狀變化。為了使液晶彈性體發(fā)生實際意義的形狀改變，必須將液晶高分子鏈作單疇取向(單疇是指液晶分子鏈中很窄的或單一取向的區(qū)域)。傳統(tǒng)的兩步交聯(lián)法、外場和界面條件交聯(lián)法等制備單疇液晶彈性體的工藝，或工藝復(fù)雜并成功率低，或僅適用于微米級樣品。正因如此，長久以來，這種液晶彈性體材料在現(xiàn)實生活中難以應(yīng)用。
該研究提出利用可逆酯交換交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)替代永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的思路，先制備具有優(yōu)異形狀記憶性和可加工性的多疇液晶彈性體材料。再在此基礎(chǔ)上，只需用簡單模具在高溫下對材料進行拉伸使液晶基元取向，冷卻到常溫即可得到單疇的液晶彈性體。所制備的單疇液晶彈性體不僅液晶取向度高，力學(xué)性能優(yōu)異，而且可塑造出不同的形狀結(jié)構(gòu)。而在過去，除了平面的薄膜樣品，液晶彈性體很難具有其它的形狀。
該研究中制備單疇液晶彈性體的簡易方法是液晶彈性體實際應(yīng)用的重大突破，為液晶彈性體作為驅(qū)動器和感應(yīng)器的實際應(yīng)用開辟了道路。例如圖中所示的圓突起，經(jīng)過摻雜碳納米管等物質(zhì)后可實現(xiàn)光照可逆驅(qū)動，為基于液晶彈性體觸覺顯示器的制備提供可能。
本研究得到國家自然科學(xué)基金和國家973項目的資助。
