文章重要内容
四川大学杨科珂教授团队开发了一种基于柔性聚甲基巯基硅氧烷为骨架的可变形变色侧链型手性弹性体。通过巯基-烯点击反应，将单官能度向列型和胆甾型液晶基元以侧链形式引入柔性主链，并协同调控刚性交联剂(RM82)和含二硫键的柔性交联剂的比例及网络结构，实现了材料在温和刺激响应、宽波长范围热/力致变色及优异力学性能之间的协同优化。
文章背景
自然界中诸多动植物长期进化过程中发展出独特的伪装变色与感知响应能力，为智能材料的设计与开发提供了重要启发。液晶弹性体(Liquid Crystal Elastomers, LCEs)因兼具弹性体的熵弹性和液晶的有序性，表现出优异力学性能和大尺度可逆形变能力，被认为是理想的智能变形材料。其中，胆甾型液晶弹性体(CLCEs)，作为一种特殊的光子晶体材料，通过在向列型LCEs中引入手性掺杂剂，诱导液晶基元自组装形成具有螺旋超结构的胆甾相，赋予材料独特的结构色特性，成为变色材料领域的重要研究方向。尽管主链型CLCEs具有优异的变形能力，但在实现同步变色响应时其灵敏性仍不够理想。如何在保证材料变形性能的基础上，通过对网络组成、拓扑结构及动态键设计的协同优化，实现温和刺激下的高灵敏响应、宽波长范围的可控变色以及良好的力学支撑性能，仍面临重要挑战。
文章概述
四川大学杨科珂教授团队以柔性甲基硅氧烷均聚物(PMMS)为主链骨架，利用巯基-烯点击化学反应，将一定比例的单官能度向列型和胆甾型液晶单体以侧链形式接入柔性主链，同时引入少量双官能度的刚性液晶单体(RM82)及含二硫键的柔性交联剂，协同构建出具有低玻璃化转变温度(Tg在-6 °C左右)、温和液晶相转变温度(70~80 °C)，并兼具优异力学强度(6~12 MPa)与动态重构能力的侧链型CLCEs材料(图1)。该材料的螺旋超结构可实现精确调控，赋予其在温和刺激下优异的同步变形-变色响应特性。在25-80 °C温域内，材料表现出显著的热致变色行为(波长位移 > 90 nm)，同时在外力作用下实现优异的力致变色响应(波长范围超过160 nm)(图2)。
图1 前驱体的单体分子结构和侧链型胆甾相液晶弹性体的螺旋结构示意图
图2 侧链型胆甾相液晶弹性体的热/力致变色行为
通过系统调控交联密度与液晶基元含量，并结合利用动态二硫键可形状重构的特点，典型样品PmC4.0%LR6%-S2%展现出可逐步编程的同步变形变色热致响应特性(图3)，这种独特的刺激响应行为为其在自适应光学器件等领域的应用奠定了材料基础。
该研究采用简便的合成途径，通过将大量液晶基元以侧基形式悬挂于柔性主链、少量液晶基元充当交联剂的策略协同构建交联网络，显著提升了材料螺旋结构的有序构建能力及对温度与力学刺激的响应灵敏性，赋予其优异的热致与力致变色性能，展现出在智能穿戴、软体机器人与多通道传感器等领域的广阔应用前景。论文第一作者为四川大学硕士生尹茜，通讯作者为杨科珂教授。
引用本文：
尹茜, 李露, 赵予溪, 游星宇, 杨科珂. 具有温和热响应的同步变形变色侧链型手性液晶弹性体.
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自刘文睿科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3582600-1501259.html?mobile=1
收藏
