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  驅(qū)動(dòng)器可以在外界刺激的作用下產(chǎn)生變形或者運(yùn)動(dòng)，從而將外界能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。相比于傳統(tǒng)的剛性驅(qū)動(dòng)器，聚合物柔性驅(qū)動(dòng)器具備廣泛可調(diào)的機(jī)械、熱、光學(xué)性能，并且具有使用安全、操作簡(jiǎn)單(自適應(yīng)性)、低成本、輕質(zhì)、低能耗、耐損傷、大形變以及高運(yùn)動(dòng)復(fù)雜性等優(yōu)勢(shì)。因此，聚合物柔性驅(qū)動(dòng)器有望用于微機(jī)械系統(tǒng)、人工肌肉、醫(yī)療設(shè)備、柔性電子產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備以及軟機(jī)器人等高新技術(shù)領(lǐng)域。在眾多柔性聚合物材料中，液晶聚合物網(wǎng)絡(luò)(Liquid crystalline polymer networks, LCNs)已經(jīng)成為制備聚合物柔性驅(qū)動(dòng)器的理想選擇。此類材料同時(shí)具備熵彈性以及液晶有序性，集感知、驅(qū)動(dòng)和控制于一身，在特定外界刺激下會(huì)自發(fā)產(chǎn)生可逆宏觀形變。

圖1 LCNs在外界刺激下的可逆形變機(jī)理示意圖

  LCNs產(chǎn)生大的自發(fā)形變需要對(duì)液晶基元宏觀取向排列，得到單疇LCNs。所謂單疇LCNs，是指LCNs交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的大部分液晶基元都沿單一方向排列。傳統(tǒng)的LCNs為永久交聯(lián)的熱固性材料，其一旦固化完全，就無法進(jìn)行重加工。因此，傳統(tǒng)的制備單疇LCNs的方法都是在材料完全交聯(lián)之前進(jìn)行液晶基元的取向。研究者也提出了一系列不同的制備單疇LCNs的方法，如兩步交聯(lián)法、原位光照取向法、外場(chǎng)法、軟光刻、噴墨印刷以及微流體等。但這些取向方法除了存在成功率低、取向度低和材料尺寸受限等缺陷，所得材料基本為條狀或者薄膜狀，復(fù)雜三維(3D)形狀LCNs驅(qū)動(dòng)器的制備更是難以實(shí)現(xiàn)，而聚合物柔性驅(qū)動(dòng)器的功能很大程度上依賴于其形狀變化，形狀的復(fù)雜度對(duì)應(yīng)用至關(guān)重要。

  可交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵是一類在特定外界刺激下能可逆斷裂-重新生成的共價(jià)鍵，并且不會(huì)發(fā)生不可逆的副反應(yīng)。自2013年以來，研究者提出了一種全新的制備單疇LCNs的方法，即將可交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵引入LCNs中，利用交換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)材料“先交聯(lián)后拉伸取向”。該液晶基元的取向是在完全固化后進(jìn)行的，在特定外界刺激下用外力拉伸，利用交換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重排，將拉伸所致的液晶基元取向固定，從而得到單疇LCNs。該方法克服了傳統(tǒng)制備方法成功率低、取向度低以及材料尺寸受限等缺陷，且由于動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵賦予交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的可加工性能，材料可以靈活設(shè)計(jì)為復(fù)雜的3D形狀，實(shí)現(xiàn)可逆3D形狀驅(qū)動(dòng)器的制備，很大程度上地推進(jìn)了LCNs驅(qū)動(dòng)器實(shí)際應(yīng)用的可能性。

  吉巖副教授課題組在《高分子學(xué)報(bào)》2019年第5期“動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵高分子”專輯(即將發(fā)表)的專論中對(duì)已報(bào)道的含可交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的不同代表性LCNs的體系進(jìn)行了詳細(xì)介紹，首先介紹了可交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的引入對(duì)各種不同LCNs體系取向方法帶來的變化；其次介紹了可交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的引入賦予LCNs不同于傳統(tǒng)永久交聯(lián)LCNs的新功能，如復(fù)雜3D形狀可逆驅(qū)動(dòng)、重復(fù)編程取向、自愈合修復(fù)等；最后，對(duì)含可交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的LCNs驅(qū)動(dòng)器未來面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

圖2  可交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵賦予LCNs的全新性能

  鏈接地址：http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/gfzxb20190004jiyan.pdf

  doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19004