东南大学李全院士在变形/变色伪装等仿生智能驱动器方面取得重要进展

发布者:徐兆飞发布时间:2022-03-01浏览次数:10

近日,东南大学化学化工学院、智能材料研究院李全院士团队在多功能仿生液晶弹性体软驱动器方面取得重要进展。相关成果以“Thermo- and Mechanochromic Camouflage and Self-Healing in Biomimetic Soft Actuators Based on Liquid Crystal Elastomers”在线发表于化学领域国际顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.(《德国应用化学》),并被选为Hot Paper

数百万年的自然进化赋予了许多生物不同的适应特征来逃避捕食者。其中,伪装,包括变形伪装和变色伪装,是一类非常重要的策略。例如,蝰蛇毛毛虫作为伪装大师,可以变形成可怕的蝰蛇形状来吓跑捕食者;变色龙可以根据环境的变化来调整自己的肤色。另一种有效的策略是通过牺牲器官来实现逃脱,这实际上得益于生物的自愈能力和再生能力。例如,壁虎可以断尾逃生并在未来重新长出尾巴来。伪装和自愈能力的结合会让生物在面对危险的捕食者时拥有更高的生存概率。一些海洋生物,如海星、章鱼和墨鱼等,幸运地具备了上述所有的自我保护和生存能力。受这些奇妙生物的启发,科学家们开发了多种仿生智能软驱动器,如人工章鱼、人造花卉和变色龙仿生器件等。但是,多数仿生软驱动器只能执行一种或两种功能模式,而将可逆形变、连续运动、颜色伪装、自修复和可重塑等多种功能集成到单一的软驱动器系统中仍是极具挑战性的难题。


针对此难题,该团队通过将多刺激响应的四芳基琥珀腈(TASN)力致变色基团化学键合到聚硅氧烷基液晶弹性体(LCE)中,构建了一种集动态形变、可逆变色、自修复和可重塑功能于一体的TASN-LCE软驱动器。该TASN-LCE软驱动器不仅具有可逆的热诱导形变,还表现出对热和机械压缩响应的可逆颜色变化行为。由于四芳基琥珀腈可以均裂产生自由基,重新连接时可以选择其它的链段,展现出动态共价键的特性,帮助聚合物网络在外界刺激条件下实现优异的自愈合和重塑功能,使材料得以重复使用和再次成型,延长了材料的使用寿命,并能满足实际应用中对材料多功能特性的要求。事实证明,这种集成了动态变形、热/力致变色伪装、自愈合和回收功能的软致动器材料有望应用于多功能仿生软体机器人、视觉传感器和人工伪装等领域。

该工作的第一作者是东南大学博士生刘忠成,东南大学李全院士和杨洪教授为共同通讯作者,东南大学为第一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金项目的资助。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202115755

Z. C. Liu, H. K. Bisoyi, Y. L. Huang, M. Wang, H. Yang, Q. Li, Angew. Chem. Int. Ed.,2022, 61, e202115755.