东南大学李全院士团队Angew: 含查尔酮液晶弹性体的原位光取向控制

液晶弹性体是一类拥有本征各向异性的刺激响应性功能材料，其在实现高分辨率图案结构的三维复杂形变方面一直面临着挑战。开发光取向方法可以提供一种有效的方法来控制液晶弹性体的空间取向，以实现三维复杂变形。这种方法可以在不直接接触材料的情况下在微米尺度的小范围内调节分子的排列，为开发具有高分辨率图案结构的液晶器件提供了新的可能性。

近日，东南大学李全院士团队提出了一项创新性的策略，利用在线偏振光下发生定向光交联[2+2]环加成反应的查尔酮基元，成功实现了液晶弹性体的原位编程取向。这项研究的结果表明，通过巧妙控制偏振方向和辐照区域，能够在液晶弹性体中形成图案化的取向分布，从而引发可逆的三维复杂变形行为。该研究展示了一种利用原位光书写来实现液晶弹性体的三维复杂形变，具有应用于加密、传感器和其他领域的潜力。该工作以“In-situ Light-Writable Orientation Control in Liquid Crystal Elastomer Film Enabled by Chalcones”为题发表于Angewandte Chemie International Edition。该研究在同行评议中获得了所有审稿人的“very important”或“highly important”的评价。据悉，这样的正面评价在该期刊中仅覆盖不到10%的投稿。文章第一作者是东南大学在读博士生徐艺艺，文章通讯作者是东南大学李全院士和黄帅副教授。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。

【原位光取向液晶弹性体的组成及制备】

研究者合成出具有液晶性的查尔酮基单体，引入巯基-丙烯酸酯迈克尔加成反应体系中，从而制备出具有光交联响应的液晶弹性体薄膜材料（图1）。在偏振紫外光原位编程取向后，进行一系列表征验证了此液晶弹性体薄膜的取向（图2）。

图1.液晶弹性体的化学组成，制备过程，光编程各向异性机理和热致动行为。

图2.偏振紫外编程后的液晶弹性体的取向性探究。

【取向编程的液晶弹性体形变】

基于利用线性偏振紫外光取向编程各向异性液晶弹性体的机制，研究者进一步探究了通过预先编程液晶弹性体薄膜中的液晶排列分布，实现对薄膜复杂图案三维形变的方法。在此过程中，实现了经过线性偏振紫外光编程的液晶弹性体薄膜的弯曲方向控制（图3）和任意复杂图案三维形变（图4）。

图3.经过不同偏振方向(0°，45°，90°，135°)线性偏振紫外光编程的液晶弹性体薄膜的热致动行为。

图4.在不同形状光掩模板下偏振紫外编程的液晶弹性体薄膜的热致动行为。

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