近日，东南大学化学化工学院杨洪课题组在液晶弹性体热机械性能提升方面取得重要进展。团队将超薄Cu-TCPP金属有机框架（MOF）纳米片引入液晶弹性体网络，提出“顺序集成”策略，成功构建了具有孔限域结构的液晶弹性体复合材料。研究成果以《金属有机框架诱导的孔限域策略：构筑兼具优异热机械稳定性和高强度的液晶弹性体》（“MOF-Induced Pore Confinement: A Strategy for Thermomechanically Robust and High-Strength Liquid Crystal Elastomers”）为题，在线发表于国际顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）。
液晶弹性体（LCE）兼具液晶的各向异性有序与聚合物网络的本征熵弹性，能够实现大幅、可逆的形变与可编程驱动，是软体机器人的理想候选材料。然而，传统液晶弹性体面临一个根本性困境：当温度升至各向同性转变温度以上时，取向有序度急剧下降，网络松弛加速，导致刚度、强度及驱动应力迅速衰减。如何在远高于各向同性转变的温度下同时维持材料的力学鲁棒性与驱动响应，是制约液晶弹性体在高温环境应用的主要瓶颈。
针对这一难题，东南大学研究团队提出了一种“顺序集成”策略：先将线性液晶聚合物链与超薄Cu-TCPP MOF纳米片长时间预混合，使聚合物链在交联前充分渗入并占据纳米片的微孔，再通过两步交联工艺将这种孔限域结构永久固定在弹性体网络中。该策略有助于增强聚合物与MOF纳米片之间的界面耦合，并有效抑制高温下聚合物链段松弛。
结果显示，Cu-TCPP@LCE复合材料展现出卓越的全温域热机械性能。室温下，其拉伸强度达到79 MPa，约为纯液晶弹性体的10倍；即使在200℃、远高于各向同性转变温度的条件下，仍能保持4.2 MPa的拉伸强度和3.9 MPa的驱动应力。该材料经1000次热循环后驱动性能几乎无衰减，展现出优异的抗疲劳稳定性。通过原位二维广角X射线衍射（2D WAXD）证实，孔限域结构在200 ℃下仍能保留约43%的初始取向有序度，而纯液晶弹性体在该温度下取向有序几乎完全丧失。作为概念验证，研究团队将Cu-TCPP@LCE集成至铰链式百叶阀中，构建了一种面向电池热失控场景的无源热排气阀原型。当温度升至150–200 ℃时，材料自主收缩并驱动阀门开启，无需外部电源或控制即可实现高温烟气排放。
论文第一作者为东南大学化学化工学院博士研究生黄佳祥，王猛副研究员和杨洪教授为共同通讯作者，东南大学为唯一通讯单位。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73780