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东南大学李全团队在液晶弹性体领域取得重要突破

2023-09-1811220发布者:李震

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【东大新闻网9月18日电】(通讯员 陈旭漫)近日,东南大学智能材料研究院院长、首席科学家、化学化工学院李全团队通过良好定义的折叠顺序对液晶弹性体(LCEs)进行编辑以耦合折痕中产生的驱动力,实现了大应变的光控伸长驱动。相关成果以“Photo-Controllable Elongation Actuation of Liquid Crystal Elastomer Films with Well-Defined Crease Structures”为题,在国际顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials)上在线发表。

“橡胶人”的身体拥有类似于橡胶的高弹性和灵活性。这意味着他可以自由操纵自己身体伸长和收缩,这种奇妙的特性对软体机器人领域具有启发性意义。尽管LCEs已经在软体机器人领域得到了广泛的应用,但其固有的柔性和分子各向异性产生的驱动力限制了它们的功能。例如,LCEs在收缩时具有较高的驱动力,但不能进行大位移地伸长驱动负载。

图1. LCE中折痕设计示意图

基于精心设计的光敏分子开关作为交联中心,通过光化学和光热效应的协同作用,在不对材料造成过热损伤的情况下实现了致动器的自由伸长,以操纵远处的物体并在大的负载重量下产生大的变形(该柔性致动器成功顶起了超过自身重量40倍的重物)。此外,研究揭示了致动器的顶起负载能力和承载负荷能力之间的平衡。


图2. Kresling-like LCE致动器的形变视频

这项研究简化了单一材料的设计,实现了其他基于多模块组装的软体机器人才能获得的功能。该策略适用航空航天中的可部署结构、可植入的医疗设备、软体机器人手臂以及具有连续可调性能的可穿戴机器人等领域。

东南大学博士生黄银亮为第一作者,东南大学李全、杨洪教授和黄帅副研究员为共同通讯作者。该工作得到了江苏省“双创团队”计划、国家自然科学基金等项目的资助。 

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202304378

 

供稿: 化学化工学院

 

(责任编辑:刘明源 审核:宋业春)