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  在光響應(yīng)驅(qū)動(dòng)材料中，液晶彈性體（LCEs）因其可編程分子取向和可逆形變能力，成為構(gòu)建智能軟體機(jī)器人的關(guān)鍵材料之一。相比傳統(tǒng)熱驅(qū)動(dòng)方式，光化學(xué)驅(qū)動(dòng)不僅在水下同樣有效，還能實(shí)現(xiàn)更高空間分辨率、更長效的形變保持，極具應(yīng)用潛力。然而，構(gòu)建高含量光開關(guān)單元的LCE體系通常依賴引發(fā)劑光聚合，而這在厚樣品中易因光譜重疊導(dǎo)致聚合效率降低甚至失敗。為解決這一瓶頸，近年來逐漸興起基于非共價(jià)作用的超分子交聯(lián)策略，如氫鍵和Diels–Alder反應(yīng)，有效繞開了對(duì)光引發(fā)劑的依賴。

圖1. 材料設(shè)計(jì)概念，組成與驅(qū)動(dòng)機(jī)理。

  近期，芬蘭坦佩雷大學(xué)郭洪爽博士提出了一種無需光引發(fā)劑即可高效制備高偶氮苯含量、高取向度LCE材料的新策略（圖1）。該策略利用動(dòng)態(tài)鹵鍵（Halogen Bonding）與可逆二硫鍵交聯(lián)協(xié)同作用，構(gòu)建出具有優(yōu)異光化學(xué)響應(yīng)性能的LCE致動(dòng)器體系，突破了傳統(tǒng)光引發(fā)固化方法在高光敏基團(tuán)濃度條件下易失效的限制。在此基礎(chǔ)上，研究者構(gòu)建了多種可形狀編程的軟體結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了材料在空氣和水下的光驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)、抓取等仿生行為（圖2）。系統(tǒng)研究顯示，該材料不僅具備可逆致動(dòng)、自修復(fù)等特性，還因其可熱壓重構(gòu)與回收能力，展現(xiàn)出良好的可持續(xù)應(yīng)用潛力（圖3）。該研究揭示了動(dòng)態(tài)非共價(jià)交聯(lián)在提升光化學(xué)致動(dòng)效率和材料加工性能中的關(guān)鍵作用，為下一代智能軟體機(jī)器人材料設(shè)計(jì)提供了新思路。相關(guān)成果以“Halogen-bonded Liquid Crystal Elastomers as Initiator-free Photochemical Actuators”為題發(fā)表在國際高水平期刊《Advanced Materials》上。文章的第一作者是芬蘭科學(xué)院博士后研究員郭洪爽博士，共同通訊作者是郭洪爽博士和Arri Priimagi教授。

圖2. 光化學(xué)LCE材料的可編程性。

圖3. 光化學(xué)LCE的可回收性。

  該工作構(gòu)建了一種集可逆形變、形狀編程與可回收重塑于一體的多模態(tài)液晶彈性體致動(dòng)器。材料體系通過Aza–Michael加成反應(yīng)與動(dòng)態(tài)共價(jià)/非共價(jià)鍵協(xié)同設(shè)計(jì)，在無需光引發(fā)劑的條件下實(shí)現(xiàn)了對(duì)偶氮苯含量的精確調(diào)控，有效提升了光化學(xué)致動(dòng)性能。同時(shí)，可逆二硫鍵與超分子鹵鍵的協(xié)同賦予材料優(yōu)異的可編程性與力學(xué)性能，使其可在多次加工重構(gòu)后仍保持穩(wěn)定的響應(yīng)行為。實(shí)驗(yàn)展示了材料在光熱與光化學(xué)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)的自驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)及水下抓取等軟體運(yùn)動(dòng)功能，展現(xiàn)了其在智能水下機(jī)器人等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。該研究為發(fā)展可重構(gòu)、響應(yīng)多樣的超分子液晶彈性體智能材料提供了新的范式。

  該工作是郭洪爽博士在功能高分子與液晶彈性體（LCE）研究方向上的重要進(jìn)展之一。LCE作為兼具液晶有序性與彈性體可形變性的智能材料，其性能高度依賴于分子間的可控作用力與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。郭博士主要聚焦于在LCE體系中引入動(dòng)態(tài)非共價(jià)作用力，包括氫鍵、鹵鍵以及硫?qū)冁I（如Se···N），以實(shí)現(xiàn)材料可編程、可逆、響應(yīng)性強(qiáng)的力學(xué)與功能行為。在動(dòng)態(tài)氫鍵的調(diào)控下，LCE展現(xiàn)出良好的可逆形變與形狀記憶行為（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2312068.；J. Mater. Chem. B, 2025, 13, 1704-1711）。引入鹵鍵（尤其是I···N等類型）后，降低了編程溫度以及增強(qiáng)了材料的分子排列與刺激響應(yīng)性，有助于編程構(gòu)建更高效的光/熱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Nat. Commun. 2022, 13, 7436. ；Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309402.）。尤其是在硫?qū)冁I（Se···N）的研究中，首次系統(tǒng)地證明了其在LCE中的作用機(jī)制與優(yōu)越性能，可以通過編程實(shí)現(xiàn)單向形狀記憶和雙向形狀記憶的轉(zhuǎn)換（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202508101.）。在此系列材料的基礎(chǔ)上，他們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征（如Knot環(huán)）的LCE材料，結(jié)合動(dòng)態(tài)非共價(jià)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了高度復(fù)雜但可控的運(yùn)動(dòng)模式（Adv. Mater. 2025, 2503519. https://doi.org/10.1002/adma.202503519），為發(fā)展仿生驅(qū)動(dòng)、智能響應(yīng)器件與軟體機(jī)器人提供了全新材料方案。本系列研究不僅在基礎(chǔ)層面加深了對(duì)非共價(jià)作用與液晶彈性行為之間關(guān)系的理解，也為未來可重構(gòu)智能材料的發(fā)展提供了可復(fù)制的平臺(tái)。

  論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202504551