仿生协同光致变色发光和可编程液晶驱动器

2021-03-22 14:33:57浏览：504来源：两江科技评论

在自然界中，许多生物能够协同改变它们的形状和颜色，实现伪装、交流或恐吓，以便在它们的环境中生存。如头足类动物在捕猎或躲避捕食者时，会同时改变外观以融入周围环境。皱褶蜥蜴会展开头部六倍宽的皱褶，同时将皱褶颜色变为橘红色，以调节体温和恐吓捕食者/对手。这些奇妙的生物学行为激发了研究人员开发智能自适应性材料的能力，这种材料能够根据环境变化来调整其颜色和形状。到目前为止，具有变色荧光和同时改变形状能力的智能水凝胶更具吸引力，因为它有可能在黑暗中伪装、恐吓和沟通。尽管已经实现了对水凝胶中荧光颜色和形状的协同控制，但是不幸的是，在先前报道的系统中仍然存在局限性：当水凝胶被致动时需要可变的水性环境，在这种情况下，接触操作模式会限制它们的应用；水凝胶驱动器的变形速率相对较慢，并且由于离子和pH值改变困难，颜色转换不方便；水凝胶驱动器的变形简单，难以实现高空间分辨率原位操作。因此，制造这种具有高可编程性、可在高空间分辨率下进行原位操纵的软驱动器仍然具有挑战性。然而，液晶（LC）驱动器的发展为克服上述许多缺点提供了灵感。基于可操纵和可编程的介观定向，可以轻松实现3D运动和对该运动的精确远程控制。另外，在外部刺激下，由LC的相变或取向重整引起的变形很快且很大。以上优势使LC执行器可以用于软体机器人。因此，在液晶执行器中实现3D变形和变色荧光的协同控制对于赋予软体机器人更多的仿生功能具有重要意义。

近日，美国肯特州立大学李全教授团队将四苯乙烯（TPE）和螺吡喃（SP）作为可调荧光基团加入到液晶弹性体（LCE）中，制备了一种智能软驱动器。通过共价键合将末端基团的聚集诱导发射活性四苯乙烯衍生物和光致变色螺吡喃部分掺入液晶弹性体网络中，以获得协同光致变色发光和可编程软驱动器。基于装配和折纸编程策略的结合，证明了仿生功能和类似拉胀超构材料的器件是可行的。利用紫外和可见光源来调节荧光颜色，而通过近红外光源控制液晶弹性体膜的变形，这表明可以以精确且非接触的方式操纵整个系统。实现了模仿变色毛毛虫的伪装和爬行行为。这些受生物启发的器件具有协同光致变色和复杂光变形能力，可以为设计多功能液晶驱动器提供一种优雅的策略，在仿生软机器人、伪装设备、超构材料等领域有潜在的应用前景。相关研究发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。（徐锐）

文章链接：Y. Huang, H. Bisoyi, S. Huang, et al. Bioinspired Synergistic Photochromic Luminescence and Programmable Liquid Crystal Actuators[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2021. https://doi.org/10.1002/anie.202101881

(责任编辑：CHINALASER)

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