坦佩雷大学郭洪爽AM：无需引发剂！卤键助力液晶弹性体实现高效光化学致动与可编程变形

在智能材料与软体机器人研究中，光响应液晶弹性体（ LCEs ）因其优异的可控形变能力和可编程性能，成为构建新型仿生系统的核心材料之一。然而，要实现高 光异构分子 含量、高取向度、厚样品可加工性兼具的LCE体系，一直面临制备上的瓶颈。目前主流做法多依赖光引发剂进行聚合，但当光致变构单元（如偶氮苯）含量较高时，往往因其强吸收干扰光聚合效率，导致聚合失效，尤其在大尺寸样品中更为突出。

针对这一关键问题， 芬兰坦佩雷大学郭洪爽博士提出了一种无需引发剂、基于动态卤键+二硫键交联的LCE构筑策略，成功制备出兼具光化学驱动、形状编程、自修复与再加工能力的新型光化学LCE材料。相关成果以“ Halogen-bonded Liquid Crystal Elastomers as Initiator-free Photochemical Actuators ”为题，发表在《AdvancedMaterials》期刊上 。芬兰科学院博士后研究员 郭洪爽 博士 为论文的第一作者， 郭洪爽 博士、 Arri Priimagi 教授 为 共同 通讯作者。

化学设计：弱卤键 + 强二硫键协同交联

在本研究中，作者采用 Aza –Michael加成反应构建液晶弹性体的主链骨架，通过引入具备卤键交联能力的供受体结构以及动态二硫键交联单元，在无需使用任何光引发剂的条件下完成聚合过程。该方法不仅使偶氮苯含量提升至50%，同时仍保持了良好的液晶有序结构，而且在厚度超过500微米的样品中亦能实现高取向度的分子排列。所得材料表现出优异的双重响应行为，既具备出色的光化学弯曲性能，又具备明显的 光热收缩特性。此外，该材料还展现出良好的可逆形变能力，支持后期编程与重复加工再利用，为光响应智能材料的可持续应用提供了新的设计思路。

图1. 材料设计思路与多模式致动机制示意图 。

多模态致动：从空气到水下，自由滚动与抓取

利用材料优异的光响应特性，研究者构建了多种具有可编程形状的结构，展示了其在空气和水下环境中的多样化致动行为。在365 nm紫外光照射下，材料发生光化学弯曲，而在460 nm蓝光照射下则表现出明显的光热收缩效应（图2a）。基于这些响应特性，液晶弹性体条带可在水下实现定向弯曲和闭合动作，从而完成类似生物夹持的仿生抓取功能（图2c–d）。此外，通过对结构形状的预设配合光源的移动扫描，还能够诱导材料实现自驱动的滚动和转向运动，展现出初步的“光追踪”能力（图2e）。

图2. LCE在多种环境下的光驱动致动演示 。

自修复与再加工：赋能可持续软体材料体系

由于交联网络中引入了可逆的二硫键和卤键结构，材料表现出优异的再加工性与自修复能力。切割后的液晶弹性体条带在80 ° C条件下能够实现自焊接与重连，且修复后仍具备良好的光响应功能（图3a）。在更高温度下进行热压处理（160 ° C）后，材料依然可以重新塑形，并保持其光致形变性能，体现出良好的可重构性与可持续利用潜力（图3d）。此外，在连续进行60次光驱动弯曲循环后，材料仍保持稳定的性能，展现出出色的抗光疲劳能力（图3c）。

图3. 材料自修复与再加工性能示意 。

小结

本研究通过 动态卤键与二硫键交联策略 ，构建了一种 无需引发剂 的新型光化学LCE体系，不仅克服了传统光聚合方法中光谱重叠造成的问题，还拓展了LCE在 厚样品构建、自编程驱动、水下操作与可回收材料 方向的应用潜力。该工作为多功能、可持续的软体致动材料设计提供了新思路。

论文链接：

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

来源：高分子科学前沿

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