在自然界中，许多具有变形伪装、彩色伪装和自愈能力的神秘生物激发了科学家们开发各种仿生软机器人的灵感。然而，将上述所有功能系统集成到单个软执行器系统中仍然是一个挑战。最近，科研人员通过简便的硫醇-烯光加成法将多刺激响应四芳基琥珀腈 (TASN) 发色团化学引入液晶弹性体 (LCE) 网络中。获得的 TASN-LCE 软执行器不仅表现出响应热和机械压缩的可逆形状变形和可逆颜色变化行为，而且还表现出优异的自愈、重编程和回收特性。作者希望这种具有动态变形、热和机械变色伪装以及自愈功能的 TASN-LCE 致动器系统将为多功能仿生软机器人设备的进一步开发铺平道路。

示意图1.(a) 该 TASN-LCE 系统中使用的化学成分。(b) 交联剂 TASN-二烯的合成方案。

图 1.包含四芳基琥珀腈发色团的海星模拟软执行器中形状变形、颜色变化、自修复和回收功能的集成示意图。

图 2.星形 TASN-LCE 软执行器的制备步骤示意图。

图 3.(a) TASN-LCE 样品在第一次冷却和第二次加热循环期间以 20 oC/min 的温度速率的 DSC 曲线。(b) 在加热过程中测量的 TASN-LCE 样品的一维 WAXS 图案。(c) 在 20 oC 和 60 oC 下测量的单域 TASN-LCE 带的二维 WAXS 图案。(d) TASN-LCE 样品在不同温度下的碳自由基浓度。(e) TASN-LCE 样品在 0 oC -100 oC 温度范围内的 EPR 光谱。

图 4. (a) 在 30 oC 和 100 oC 下记录的 TASN-LCE 色带的照片图像。(b) 在加热和冷却循环期间测量的 TASN-LCE 带的形状变形 L/Liso(加热速率 = 20 oC/min)。

图 5.(a) 海星形 TASN-LCE 软致动器在加热和冷却循环期间的热致形状变形和热致变色。(b) 示意图和 (c) 海星形 TASN-LCE 软致动器在 808 nm NIR 光反复开关照射到光热触手上后向右移动的真实照片图像。

图 6.(a) TASN-LCE 材料的刺激响应颜色变化示意图。(b) TASN-LCE 样品在 30 -100 oC 温度范围内的紫外可见吸收光谱。(c) 挤压前后枫叶状 TASN-LCE 样品的 EPR 光谱。(d) 在机械挤压之前和之后记录的枫叶形 TASN-LCE 样品的照片。

图 8.(a) 自愈 TASN-LCE 样品的照片。(b) 自修复 TASN-LCE 样品的 SEM 图像。(c) 原始 TASN-LCE 样品和自修复 TASN-LCE 样品在 80 oC 不同愈合时间(1 小时、4 小时、8 小时、12 小时和 24 小时)后的应力-应变曲线。(d) 海星形执行器自愈和回收的示意图。(e) 重新种植触手的人造海星和 (f) 回收的人造海星的照片在温度刺激下显示出可逆的颜色变化和形状变形。

相关论文以题为Thermo- and Mechanochromic Camouflage and Self-Healing in Biomimetic Soft Actuators Based on Liquid Crystal Elastomers发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。通讯作者是肯特州立大学李全教授。

参考文献:

doi.org/10.1002/anie.