郑州大学材料科学与工程学院刘旭影

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从尺度和功能的自组装到形态控制、复杂的运动和运动的自主反馈，大自然为仿生研究者提供了许多令人着迷的例子。目前，通过模仿生物的刺激响应行为，探索生物有机体的结构和适应性受到研究者的关注。近年来，可以随着外界刺激的变化而改变自身的尺寸或形状的智能刺激响应材料，成为当代材料研究的前沿。在过去几十年里，人类投入了大量精力来研究智能材料及其在复杂、快速和可逆宏观运动的柔性致动器方面的应用，如微夹持器，利用智能响应材料能将外界刺激转化为机械运动的特点来设计致动器。然而，致动器在制备和应用领域的拓展上仍然面临着许多挑战。人们希望设计和构建可重复编程、重加工和重塑的智能材料，以构建更复杂的形状变化并增加材料的可回收性，此外，通过仿生研究推动微纳结构致动器的研发和应用。

       交联液晶高分子（CLCP）兼具液晶取向有序性和高分子网络的熵弹性而表现出独特的性能，如驱动，软弹性和双折射。CLCP能够以动态可调节和可逆的方式模仿生物体的行为从而实现致动。CLCP在受到一定外界刺激（光、热、磁、湿度等）时，微观上表现为介晶顺序的改变，宏观上表现为对刺激作出反应产生可逆形状或尺寸变化。郑州大学材料科学与工程学院先进高分子材料研究所刘旭影教授团队通过本文介绍了CLCP的相变和取向机理，总结了智能响应性液晶高分子在仿生致动器的研究进展，讨论了CLCP的合成方法（一步及两步交联、后交联和动态共价键交联）和成型技术（喷墨打印、微流体运输、软光刻、激光直写）。通过合理的结构及材料设计，将CLCP设计成各种柔性致动器，在柔性机器人、人工肌肉以及微流体运输领域有着广泛应用。
        未来的研究有两个潜在趋势，第一，反馈式驱动允许使用恒定光照来获得由环境决定的复杂变形；第二，驱动过程会影响光的吸收性，光吸收驱动光机械运动，而光的吸收反过来提供反馈并调节原始驱动。智能材料可以通过无线方式控制微米级器件，在未来的技术发展中具有巨大的潜力。要实现能够模拟自然物种复杂功能的人造设备，使用多响应材料是关键的设计原则之一。开发能够高效地将光能转化为机械功的光响应性聚合物仍然是一个研究挑战。总体而言，柔性致动器的新发展将由三个主要推动力推动：材料改进、材料集成以及智能化和自主性。
        上述工作以综述形式发表在《高分子学报》2021年第2期 (高分子学报, 2021, 52(2): 124-145, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20179)，题为“响应性交联液晶高分子仿生致动器的研究进展”，郑州大学材料科学与工程学院先进高分子材料研究所王向红讲师和刘旭影教授为共同通讯作者，硕士研究生王格格为第一作者。