可控3D形變的智能材料為柔性機器人的設計、開發和應用提供了堅實的基礎。環境響應性智能高分子聚合物，諸如水凝膠、形狀記憶和電活性聚合物，因其輕質、加工性優異以及結構和性能可調等特性而備受關注。然而，利用環境響應性智能高分子聚合物設計和開發柔性機器人以滿足實際應用的需要，還面臨了一些困難和挑戰。

與其他環境響應性智能高分子聚合物相比，液晶交聯聚合物網絡兼備了液晶的自組裝性能和高分子聚合物的彈性。這種特殊的結構賦予了液晶交聯聚合物網絡一些特殊的性能。通過精確控制液晶在聚合物網絡中的取向方式，可實現可逆、復雜和大變量的3D形變。此外，液晶對多種刺激可產生響應使得驅動液晶交聯聚合物網絡形變的方式多種多樣，可以是光、電場或磁場等。將液晶交聯聚合物網絡設計成驅動器件應用于柔性機器人，主要有兩個問題函待解決。第一，制備可控3D形變液晶交聯聚合物網絡的過程比較繁瑣。通常需要將液晶灌入表面特殊處理的液晶盒中，并借助其他一些復雜光源輔助設備來精確調控聚合物網絡中液晶的取向。第二，目前主要研發的具備3D形變的液晶交聯聚合物網絡主要為薄膜，難于設計和制備纖維和管等幾何形狀的驅動器件。

“機械編程”賦予液晶交聯聚合物網絡可逆、復雜和大變量的3D形變的示意圖

 針對以上問題，滑鐵盧大學趙博欣教授課題組在《先進功能材料》上發表題為＂Programmable 3D Shape Changes in Liquid Crystal Polymer Networks of Uniaxial Orientation＂的研究論文。該論文研發了一種“機械編程”過程，拉伸誘導液晶在聚合物網絡中單軸取向，通過機械塑形將聚合物網絡塑造成任意的形狀（卷曲、螺旋或馬蹄），紫外光照以固定液晶取向和機械塑形。這種賦予液晶交聯聚合物網絡可逆、復雜和大變量的3D形變的“機械編程”過程和我們小時候玩橡皮泥類似，操作簡單，雙手就能設計得到我們想要的各種復雜的3D形變。此外，“機械編程”過程具有一定的普適性，其可以適用制備不同幾何形狀的液晶交聯聚合物網絡如薄膜、纖維和管。這項研究不但推動了液晶交聯聚合物網絡在柔性機器人中的應用，也為液晶交聯聚合物網絡在智能織物、生物仿生和神經纖維中的應用開了大門。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.201802809 來源：高分子科學前沿