近日，东南大学智能材料研究院院长、首席科学家、化学化工学院李全教授团队通过良好定义的折叠顺序对液晶弹性体（LCEs）进行编辑以耦合折痕中产生的驱动力，实现了大应变的光控伸长驱动。相关成果以“Photo-Controllable Elongation Actuation of Liquid Crystal Elastomer Films with Well-Defined Crease Structures”为题，在国际顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）上在线发表。
“橡胶人”的身体拥有类似于橡胶的高弹性和灵活性。这意味着他可以自由操纵自己身体伸长和收缩，这种奇妙的特性对软体机器人领域具有启发性意义。尽管LCEs已经在软体机器人领域得到了广泛的应用，但其固有的柔性和分子各向异性产生的驱动力限制了它们的功能。例如，LCEs在收缩时具有较高的驱动力，但不能进行大位移地伸长驱动负载。
图1. LCE中折痕设计示意图
基于精心设计的光敏分子开关作为交联中心，通过光化学和光热效应的协同作用，在不对材料造成过热损伤的情况下实现了致动器的自由伸长，以操纵远处的物体并在大的负载重量下产生大的变形（该柔性致动器成功顶起了超过自身重量40倍的重物）。此外，研究揭示了致动器的顶起负载能力和承载负荷能力之间的平衡。
图2. Kresling-like LCE致动器的形变视频
这项研究简化了单一材料的设计，实现了其他基于多模块组装的软体机器人才能获得的功能。该策略适用航空航天中的可部署结构、可植入的医疗设备、软体机器人手臂以及具有连续可调性能的可穿戴机器人等领域。
东南大学博士生黄银亮为第一作者，东南大学李全教授、杨洪教授和黄帅副研究员为共同通讯作者。该工作得到了江苏省“双创团队”计划、国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202304378
供稿：化学化工学院