藍(lán)相液晶彈性體（BPLCEs）通過將三維光子晶格與高分子網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，能夠在外力作用下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)色的可逆調(diào)控，在柔性傳感器和顯示領(lǐng)域潛力巨大。然而，傳統(tǒng)BPLCEs網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一，在循環(huán)拉伸下易發(fā)生不可逆的鏈滑移，導(dǎo)致能量損失大（高滯后）、光學(xué)信號不穩(wěn)定（易疲勞），難以滿足耐用性要求。
為攻克這一難題，北京大學(xué)的楊槐教授、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）的王萌副教授、陜西科技大學(xué)的羅玉霞副教授研究團(tuán)隊(duì)巧妙地引入了非共價鍵相互作用—動態(tài)氫鍵，作為能量耗散的“緩沖器”。他們創(chuàng)新性地在液晶配方中加入了含有兩個酰胺基團(tuán)的N,N''-二丙烯酰胱胺。這些雙酰胺基團(tuán)在聚合物網(wǎng)絡(luò)中形成了致密且動態(tài)可逆的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑了一種分級能量耗散機(jī)制：當(dāng)材料受力時，能量較低的氫鍵網(wǎng)絡(luò)會優(yōu)先斷裂并重組，如同“犧牲鍵”一樣吸收和耗散大量能量，從而有效保護(hù)了主鏈共價鍵的完整性。外力撤除后，氫鍵又能迅速恢復(fù)。這種智能的能量管理機(jī)制帶來了性能的飛躍：
(i) 力學(xué)性能協(xié)同提升： 與不含氫鍵的對照組相比，雙酰胺增強(qiáng)的BPLCEs韌性提升了208%，高達(dá)1.72 MJ m-3；同時，其循環(huán)加載下的能量滯后卻降至驚人的4.8%，實(shí)現(xiàn)了高韌性與高彈性的完美統(tǒng)一。
(ii) 卓越的抗疲勞性： 在連續(xù)50次循環(huán)拉伸后，材料的光學(xué)信號漂移小于4 nm，展現(xiàn)出杰出的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性。
(iii) 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性： 致密的氫鍵網(wǎng)絡(luò)還起到了“熱鎖”作用，抑制了高溫下晶格的破壞，使材料的熱穩(wěn)定窗口擴(kuò)展至180 °C。
圖1雙酰胺氫鍵網(wǎng)絡(luò)（Thiol-NBAC）賦予BPLCEs超低的能量滯后和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，有效解決了強(qiáng)度-韌性-回彈性的矛盾。
基于這種高性能彈性體平臺，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步挖掘其在先進(jìn)功能應(yīng)用上的潛力。研究發(fā)現(xiàn)，酰胺鍵在高溫高壓下會發(fā)生部分裂解，生成高極性的異氰酸酯基團(tuán)，這些基團(tuán)會自聚集形成“硬疇”。利用這一特性，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種熱壓印圖案化技術(shù)。通過使用特定形狀的模具對BPLCE薄膜進(jìn)行局部熱壓，可以在材料內(nèi)部形成肉眼不可見的、具有不同機(jī)械模量的微觀區(qū)域。在松弛狀態(tài)下，薄膜光學(xué)均勻，圖案完全隱藏。當(dāng)對薄膜施加拉伸時，模量較低的區(qū)域形變更大，而模量較高的圖案區(qū)域形變更小。這種差異化的應(yīng)變響應(yīng)導(dǎo)致不同區(qū)域的藍(lán)相晶格被壓縮的程度不同，從而反射出不同顏色的光，使隱藏的圖案清晰地顯現(xiàn)出來。這一“松弛隱藏/拉伸顯現(xiàn)”的特性，為高精度的動態(tài)信息顯示和加密提供了全新思路。
為了將信息安全提升到新的維度，團(tuán)隊(duì)將力致變色技術(shù)與時間分辨發(fā)光技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了前所未有的多維動態(tài)加密系統(tǒng)。他們將具有長余暉效應(yīng)的磷光墨水和普通熒光墨水打印到BPLCEs基底上，并預(yù)先通過熱壓印技術(shù)植入一個隱藏的力致變色圖案。該系統(tǒng)的解密過程需要三重驗(yàn)證，缺一不可：第一重（空間分辨）： 在紫外光激發(fā)下，熒光圖案（如數(shù)字“9867”）和磷光圖案同時被激活并顯示。第二重（時間分辨）： 關(guān)閉紫外光源后，熒光信息瞬間消失，而磷光圖案（如數(shù)字“3251”）則依靠其長余暉特性，在黑暗中持續(xù)發(fā)光數(shù)秒，揭示第二層時間加密信息。第三重（機(jī)械響應(yīng)）： 最后，通過拉伸整個薄膜，才能使預(yù)設(shè)的力致變色圖案顯現(xiàn)出來。這種集空間、時間、機(jī)械響應(yīng)于一體的加密策略，極大地提高了信息的防偽等級和安全性。
圖2. 結(jié)合熒光、磷光與力致變色的多維加密系統(tǒng)。
該研究通過精巧的分子設(shè)計(jì)，開發(fā)出一種機(jī)械性能卓越的藍(lán)相液晶彈性體，為軟光子材料領(lǐng)域長期存在的性能瓶頸提供了新的解決思路。且展示了從可編程力致變色到時空多維加密等一系列前沿應(yīng)用，其成果不僅為高性能軟物質(zhì)的設(shè)計(jì)提供了新范式，也為動態(tài)防偽、智能傳感、自適應(yīng)光學(xué)等未來技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。該工作以“Dual-Amide Engineered Blue Phase Liquid Crystal Elastomers: Synergistic Fatigue Resistance, Programmable Mechanochromics and Spatiotemporally Encrypted Photonics” 為題在《Advanced Materials》上發(fā)表。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202506129
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