双波长光刻技术实现了液晶弹性体中的空间可编程异质性

《Nature Communications》：Dual-wavelength photopatterning unlocks spatially programmable heterogeneity in liquid crystal elastomers

　　

摘要

由于液晶弹性体（LCEs）具有可逆性和各向异性变形特性，它们在软体机器人和智能设备领域得到了广泛应用。为了模仿复杂的生物系统，光刻技术在LCEs中引入可编程的空间异质性方面发挥着关键作用，因为光刻技术具有高分辨率和非接触式操作的优点。然而，现有的光调控方法要么修改预先形成的均匀网络，导致可调性有限；要么不可避免地依赖于热固化以及特殊设计的单体/反应过程，这会降低空间分辨率、柔韧性和通用性。在这里，我们提出了一种双波长光刻策略，该策略利用两种波长的光以及LCEs中最常用的硫醇-丙烯酸酯配方，在合成过程中直接实现空间可编程的异质性。通过选择性触发自由基介导的聚合（365纳米）或碱催化的聚合（450纳米），我们可以制备出具有不同性能的硬质和软质网络。通过灵活调节触发顺序和持续时间，我们能够在单个LCE内部实现连续梯度的无缝集成：实现了模量的连续调节（1.3-14.8兆帕）、驱动应变（54-93%），以及向列-各向同性转变温度（T_i）的最宽调节范围（55-110摄氏度）。研究表明，即使是传统的LCE配方也能实现多级加密、机械分化和仿生顺序驱动功能。这一策略为设计下一代软材料的功能性异质LCE设备提供了一个多功能平台。