單疇液晶彈性體（LCEs）在加熱至向列相-各向同性相轉(zhuǎn)變溫度（TNI）時(shí)可產(chǎn)生類肌肉收縮運(yùn)動(dòng)，冷卻至TNI以下則恢復(fù)原狀。這種獨(dú)特的可逆形變特性使其在軟體機(jī)器人等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，現(xiàn)有LCE材料的形變行為調(diào)控方法存在響應(yīng)速度慢或不可逆等挑戰(zhàn)，制約了其效率與實(shí)用性。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子團(tuán)隊(duì)長期從事仿生智能高分子材料的構(gòu)建及其在軟體機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用探索。針對(duì)此問題，該團(tuán)隊(duì)在前期氫鍵超分子LCE體系研究基礎(chǔ)上（Angew. Chemie. Int. Ed.,2025,64(7),e202416095），進(jìn)一步引入蒽-丙烯酸乙酯（An-A）動(dòng)態(tài)鍵，構(gòu)建了具有雙重動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的新型LCE材料體系（如圖1）。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，單一動(dòng)態(tài)鍵調(diào)控存在固有局限：雖然蒽鍵可通過光誘導(dǎo)交聯(lián)密度變化調(diào)控TNI，但無法實(shí)現(xiàn)液晶取向的全局重構(gòu)。而通過氫鍵與蒽鍵的協(xié)同作用，該材料體系可同時(shí)實(shí)現(xiàn)TNI的精確調(diào)控和致動(dòng)模式的可逆重構(gòu)。An-A鍵在365 nm紫外光照射10分鐘即可發(fā)生可逆環(huán)加成反應(yīng)，254 nm紫外光照射則可實(shí)現(xiàn)解聚，這一可逆的拓?fù)渲貥?gòu)過程為LCE性能調(diào)控提供了全新途徑。基于這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出具有時(shí)空可編程特性的LCE致動(dòng)器。該致動(dòng)器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形變軌跡的精確控制，還可通過簡單的光照和退火處理實(shí)現(xiàn)性能重置。這項(xiàng)研究為發(fā)展新一代智能軟體機(jī)器提供了快速可逆、軌跡可定制化的形變行為新策略。

該成果以“Photoinduced,Swift,and Reversible Spatiotemporal Programming of Double Dynamically Bonded Liquid Crystal Elastomer Actuators”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials（doi: 10.1002/adma.202501815）。寧波材料所博士后王振興為文章第一作者，尹愷陽研究員和陳濤研究員為通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金（52473116）和中國博士后科學(xué)基金（2023M743619）資助。

圖1 光誘導(dǎo)雙動(dòng)態(tài)鍵液晶彈性體（DD-LCE）致動(dòng)器的快速可逆時(shí)空編程設(shè)計(jì)