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  液晶彈性體（LCE）因可在液晶-各向同性轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生大幅可逆形變，被廣泛視為軟機(jī)器人和人工肌肉的理想材料。然而，傳統(tǒng)的 LCE依賴不可逆共價交聯(lián)，一旦成型難以回收或重新加工，且構(gòu)筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)往往也需要繁瑣的工藝步驟。盡管動態(tài)共價鍵和金屬配位體系為材料帶來了可重構(gòu)性，但它們在低于120 °C的溫和條件下往往難以實現(xiàn)穩(wěn)定的熔體流動，同時也難以兼顧足夠的驅(qū)動能力和循環(huán)穩(wěn)定性。

  近期，北京科技大學(xué)的姜乃生團(tuán)隊與約翰斯·霍普金斯大學(xué)（JHU）的李宇展研究員合作提出了一種新的超分子設(shè)計策略：在線性聚氨酯-脲主鏈中引入�；被澹�acylsemicarbazide，ASC）單元，利用其多重氫鍵構(gòu)建動態(tài)物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，形成一類基于 ASC 的超分子液晶彈性體（SLCE）。

  2025年11月26日，相關(guān)論文以“Acylsemicarbazide-Based Supramolecular Liquid Crystal Elastomers: from Molecular Design to Melt-Processing Actuators”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上，論文第一作者為北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生董智翔。

  該設(shè)計旨在同時實現(xiàn)高功輸出、可編程、可修復(fù)、可回收以及可低溫熔融加工的多重性能。在低溫下，ASC多重氫鍵可以提供足夠的網(wǎng)絡(luò)支撐，使材料在驅(qū)動循環(huán)中保持穩(wěn)定形變；在較高溫度時，部分氫鍵的可逆解締可使材料獲得類似熱塑性高分子的流動性，從而可實現(xiàn)取向重編程、熔融加工及多輪回收。通過調(diào)節(jié)硬段含量（18.3 - 26.9 wt.%）以及更換脂肪族或芳香族二肼擴(kuò)鏈劑，可以分別調(diào)控氫鍵密度與強(qiáng)度，從分子層面對熱學(xué)、力學(xué)和驅(qū)動性能進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

  該 SLCE 體系展現(xiàn)出優(yōu)異的驅(qū)動性能。以脂肪族擴(kuò)鏈的 AD10 為例，其 0.3 mm 厚薄膜可反復(fù)舉起 200 g 負(fù)載（約為自重的 3300 倍），功容量高達(dá)260 kJ·m^-3，是已報道的氫鍵型 SLCE 的兩倍以上。當(dāng)將擴(kuò)鏈劑替換為剛性的對苯二甲酰二肼后，所得 TD10 的熱致應(yīng)變可高達(dá) 72%，同時仍保持約180 kJ m^-3 的功容量。此外，由于 ASC氫鍵在中等溫度下即可部分解締，SLCE 能在低于120 °C 條件下實現(xiàn)熔融加工。例如，該 SLCE 既可通過熔融擠出得到剪切誘導(dǎo)取向的纖維致動器，也可通過注塑在模具中快速成型網(wǎng)格等復(fù)雜結(jié)構(gòu)；材料冷卻后仍能在30-100 °C 范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的可逆變形。與此同時，ASC 多重氫鍵還賦予材料優(yōu)異的自修復(fù)與可回收特性。在 100 °C 熱壓條件下，斷裂薄帶可重新焊接并恢復(fù)承載能力；材料碎片經(jīng)過熱壓或溶劑重鑄后，其力學(xué)與致動性能在多輪循環(huán)中仍保持穩(wěn)定。即便經(jīng)歷三次再加工，由 TD10 制得的致動器仍能穩(wěn)定舉起 10 g 的負(fù)載。

  綜上，通過引入 ASC 多重氫鍵并調(diào)控其密度與強(qiáng)度，研究者構(gòu)建了兼具高功容量、可低溫熔融加工、自修復(fù)與可回收性的超分子LCE體系。該體系原料易得、合成簡單且結(jié)構(gòu)高度可調(diào)，具備規(guī)�；瘽摿Γ瑸榭删幊�、可加工的軟體致動器提供了新的材料方案，有望加速液晶彈性體在軟機(jī)器人和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖1. ASC 基 SLCE 的合成路線及其結(jié)構(gòu)、相變與力學(xué)行為表征。

圖2. SLCE 的氫鍵結(jié)構(gòu)、取向編程方法及其致動與驅(qū)動性能。

圖3. 通過熔融擠出與注塑成型制備SLCE致動器。

圖4. SLCE 的自修復(fù)與可回收性。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202524643