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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、比強度高、耐疲勞等特點，同時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、電磁場等）控制其形變，廣泛應(yīng)用在傳感器、制動器、人工肌肉以及軟體機器人等領(lǐng)域。

  其中，光響應(yīng)變形的交聯(lián)液晶高分子（Crosslinked liquid crystalline polymer，CLCP）由于光遠程定點精確操控以及光照參數(shù)可調(diào)，已經(jīng)實現(xiàn)多種薄膜的制動方式，如彎曲、滾動、波動、行走和推拉式運動。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、電動機等的介入，可為微型機器人等微納系統(tǒng)提供重要的致動部件。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)，可以集成到機械手臂中實現(xiàn)毫米級物體的遠程操控（圖3），在人工肌肉、軟體機器人領(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焊接機械爪的設(shè)計示意圖；（b）仿鷹爪設(shè)計圖片；（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）機械爪集成到機械手臂實物照片；（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