久久精品免费观看_欧美日韩精品电影_91看片一区_日日夜夜天天综合

近日，北京大學楊槐教授團隊報道了一種簡單通用的制備方法，通過將聚氨酯共價交聯引入到液晶聚合物網絡中，并結合偶氮苯分子紫外光吸收性能和聚多巴胺的光熱效應，成功制備了一種形狀可編程，機械性能強的近紅外光響應驅動器。這種新型聚氨酯/液晶聚合物復合材料（PULCN）有望制造出更先進的光響應驅動器，并將其真正應用于軟機器人、人工肌肉、仿生設備等領域。

本研究中提出的制備策略不同于以往的互穿網絡策略，氫鍵和共價鍵協同作用改善了非液晶體系（聚氨酯體系）與液晶聚合物材料的相容性，提高了復合材料的穩定性。該材料不僅具有聚氨酯（PU）的形狀記憶性能，而且具有液晶聚合物（LCN）的形狀改變行為，由于材料的熔融溫度（Tm）高于液晶相轉變溫度，依賴于形狀記憶機制，液晶介質可以沿外力方向進行介晶對齊和重新排列，當溫度高于Tm時，鏈段活動度增加，介晶按應力方向排列成有序相，冷卻至室溫后，由于其中聚氨酯成分結晶，在外力撤除后仍可保持介晶對齊，并且通過熔融方式，可以進行重復編程/重新編程。此外，相較于傳統液晶聚合物材料，本研究中所制備材料具有較高的機械性能，在相變溫度下，最大機械強度達到20 MPa。

圖1 （a）不同氰基含量的LCN、PULCNCN和PULCNOCH的FTIR/ATR光譜；（b）PULCN, PU和LCN的DSC圖譜；（c）拉伸后的PULCNCN樣品在25、35、45和55℃加熱時記錄的二維XRD圖譜；（d）80℃下，不同氰基含量的PULCNCN的恢復率隨加熱時間的變化曲線；（e）LCN、PULCNCN 1:3和PULCNOCH 1:3在室溫和100℃下的應力-應變曲線；（f）以往報道材料與本研究中材料的機械性能對比圖；（g）PULCNCN 1:3的動態熱機械分析圖譜。

進一步，研究者向體系中引入偶氮苯分子，在光聚合過程中，利用偶氮苯紫外光吸收性能形成跨膜厚度的交聯密度梯度。本研究中將靠近紫外燈一側稱為上側，另一側為下側，薄膜上側交聯密度高于下側交聯密度，造成薄膜兩側彈性模量不同，當加熱到100℃時，可見薄膜沿長軸彎曲，彎曲方向始終朝向薄膜下側，且彎曲幅度與偶氮苯濃度相關。并且，如圖2所示，通過掩膜設計，薄膜可呈現不同的三維初始形狀。此外，偶氮苯摻雜的薄膜材料仍表現出優異的液晶性能和形狀記憶性能，薄膜經拉伸取向后可在相變溫度附近發生形變，形狀回復率和固定率均大于90%，這種形狀可重復編程的性能使薄膜具有更強的可調節性，可以重復使用相同的材料執行不同的運動，在一定程度上擴展現有復合材料的實際應用。

圖2 （a）偶氮苯含量與薄膜彎曲角度的關系。插圖是不同偶氮苯含量的薄膜的外觀；不同偶氮苯含量的“上側”（b)和“下側”（c) PULCNCN-AZO薄膜的典型載荷-位移曲線；（d) PULCNCN薄膜兩側彈性模量和偶氮苯含量的關系；（e) PULCNCN-AZO薄膜“上側”和“下側”彈性模量的差異取決于偶氮苯的含量；（f)不同偶氮苯含量的PULCNCN-AZO在100℃時的應力-應變曲線；（g)在掩模下單側照射和雙側照射下制備0.1 wt% PULCNCN-AZO薄膜的示意圖;(h)圖案化的PULCNCN-AZO薄膜的形狀變化過程演示:(Ⅰ)薄膜首先在80℃下機械拉伸，然后慢慢冷卻至室溫;(Ⅱ)(III)(IV)(V)薄膜隨著溫度從24℃上升到60℃而收縮;(i) 0.1 wt% PULCNCN-AZO模式化薄膜的形狀重編程過程。

聚多巴胺(PDA)生物相容性好且合成簡單，是目前最具優勢的近紅外光熱劑之一。在上述研究基礎上，本研究利用近紅外光響應聚多巴胺涂層對所制備的PULCNCN-AZO薄膜進行進一步功能化，PDA涂層作為能量轉換單元，將近紅外光轉化為熱能，觸發PULCNCN-AZO的運動，實現PULCN復合材料的全光學定向形狀記憶和形狀轉換，在最較低的光照強度下，薄膜恢復緩慢，但隨著光照強度逐漸增加，形狀回復率和形狀固定率相應增大。通過選擇性地涂覆PDA，進一步實現了局部化和可編程的形狀記憶功能。如圖3所示，半側涂有PDA的薄膜首先編程成字母“C”形狀，當暴露在0.4 W cm-2的近紅外激光下，PDA涂層的部分恢復，然而，未涂覆側薄膜未發生形變，薄膜呈現出字母“J”形狀，當加熱到100℃后，薄膜完全恢復。

此外，通過采用復雜的、有圖案的PDA涂層，可以設計出更多樣化的形變，本研究制備了一種局部光可控的手狀驅動器，通過逐步切換光強，涂有不同厚度PDA的區域依次響應，可呈現出不同手勢。這種逐步驅動過程模擬了傳統軟驅動器的多級運動控制，但無需復雜電路即可實現無線控制，有利于實際應用。

圖3 （a）未涂覆PDA和涂覆PDA PULCNCN-AZO薄膜的FTIR/ATR光譜。插圖是薄膜在不同狀態下的外觀圖；（b）不同光強下12H PDA涂覆PULCNCN-AZO薄膜表面溫度隨紅外光照射時間的變化曲線；（c）不同光強下12H PDA涂覆PULCNCN-AZO薄膜的形狀恢復率隨紅外光照射時間的變化曲線；（d）選擇性PDA涂覆薄膜的熱成像圖像和外觀圖片，比例尺:5mm；（e）手形驅動器的近紅外光局部控制過程示意圖，比例尺:10毫米。

這一工作近期以“Light-responsive Programmable Shape-memory Soft Actuator Based on Liquid Crystalline Polymer/Polyurethane Network”在線發表在國際頂尖材料學期刊《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202213771），首都醫科大學宋晨捷博士為該工作的第一作者，北京大學蘭若塵博士、首都醫科大學附屬北京安貞醫院于湛教授和朱思泉教授為此工作的共同通訊作者。