俞燕蕾教授課題組綜述在Advanced Materials期刊發(fā)表
模仿生物的刺激響應(yīng)行為（如動(dòng)物的趨光性、植物的向濕性等）構(gòu)筑智能材料是新型功能材料發(fā)展的重要方向之一，有望應(yīng)用于生命醫(yī)療、航空航天、軍事探測(cè)等多種領(lǐng)域。液晶彈性體兼具優(yōu)異的協(xié)同作用和高分子網(wǎng)絡(luò)的彈性，能夠在外場(chǎng)（熱、電、磁、光等）刺激下，通過改變液晶基元的排列而產(chǎn)生各向異性的形狀（尺寸）變化。與眾多刺激方式相比，光驅(qū)動(dòng)方式由于其可控性好、可遠(yuǎn)程定點(diǎn)操作、對(duì)使用環(huán)境無要求而受到廣泛關(guān)注。光響應(yīng)液晶高分子通常含有能吸收光能的分子或官能團(tuán)，其在光的作用下會(huì)發(fā)生某些物理或化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一系列結(jié)構(gòu)和形狀變化，從而表現(xiàn)出特定的功能。偶氮苯類衍生物是目前研究最為廣泛的一種光響應(yīng)基團(tuán)，它可以在光的作用下實(shí)現(xiàn)順反異構(gòu)化的轉(zhuǎn)變。光化學(xué)反應(yīng)引起的分子結(jié)構(gòu)變化可以在液晶基元協(xié)同效應(yīng)的作用下進(jìn)一步放大為材料的宏觀形變。
近日，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系俞燕蕾教授課題組結(jié)合研究團(tuán)隊(duì)多年來的工作，著重評(píng)述了近十幾年來含有偶氮苯基團(tuán)的光致形變液晶高分子及其柔性執(zhí)行器的重要發(fā)展歷程和趨勢(shì)，并關(guān)注通過仿生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)器件功能化的新思路。相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Materials期刊（DOI: 10.1002/adma.201904224）上。
該綜述從形變機(jī)理、多維拓?fù)湫巫兎绞揭约肮饪厝嵝詧?zhí)行器三個(gè)方面深入淺出地介紹了光致形變液晶高分子材料。由于該類材料的加工是影響其分子排列、形變行為的重要因素，本文著重從改善光致形變液晶高分子加工性能的角度進(jìn)行了闡述。為了解決交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料不溶不熔的問題，后交聯(lián)體系、動(dòng)態(tài)交聯(lián)體系和非化學(xué)交聯(lián)體系應(yīng)運(yùn)而生。尤其值得一提的是，俞燕蕾教授課題組通過烯烴開環(huán)易位聚合制備出高分子量的線型液晶高分子，利用其高度有序的層狀近晶相排列以及高分子鏈纏結(jié)形成有效的物理交聯(lián)，不僅兼容溶液、熔融、旋涂、輥壓等通用高分子加工方法，還具有強(qiáng)韌的力學(xué)性能和優(yōu)良的光致形變性能，可制備成一維（纖維）、二維（薄膜）以及三維（微管）的各種光控執(zhí)行器并實(shí)現(xiàn)微流體輸運(yùn)等特定功能。同時(shí)，該材料還能與天然閃蝶翅膀、醫(yī)用EVA材料完美復(fù)合，賦予非響應(yīng)材料光響應(yīng)性能。由此可見，設(shè)計(jì)和制備全新結(jié)構(gòu)的光致形變液晶高分子是從根本上提高材料加工性能的有效手段，這也是該領(lǐng)域未來重點(diǎn)發(fā)展的方向。
光致形變液晶高分子可以通過改變分子取向?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形變，如彎曲、扭曲、螺旋等，為微型執(zhí)行器的制備奠定了堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。本文也詳細(xì)介紹了光致形變液晶高分子構(gòu)筑的各類微執(zhí)行器，例如微陣列表面、仿生微纖毛、微型行走機(jī)器人等，其中光響應(yīng)微陣列表面和微管執(zhí)行器在微量液體操控領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。此外，光致形變液晶高分子材料在能量收集、自清潔表面、傳感器等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。最后，作者對(duì)這一領(lǐng)域未來的重點(diǎn)研究方向進(jìn)行展望，例如材料加工性能與工藝的改進(jìn)為可編程的液晶聚合物發(fā)展提供了新的機(jī)遇。編程過程可能涉及到很多方面，如液晶分子取向的調(diào)控、幾何形狀和組成的特殊設(shè)計(jì)等等，甚至可以將光進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的程序化形變。該工作將幫助材料科學(xué)家、化學(xué)家和工程師們了解光致形變液晶高分子領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)未來材料的開發(fā)和功能器件的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。
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