Tailoring Diels–Alder Cross-Linked Liquid Crystal Elastomers for Spatially Programmable Monolithic Actuators

材料科学 执行机构 弹性体 液晶 Diels-Alder反应 复合材料 桤木 光电子学 高分子化学 有机化学 计算机科学 化学 生态学 生物 人工智能 催化作用
作者
Yue Liu,Qing Yang,Qing Liu,Junbo Hou,Jing Zhao,Ying Zhang,Qiongyao Peng,Zhi‐Chao Jiang,Yao‐Yu Xiao,Hongbo Zeng
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (4): 495-501 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.5c00117
摘要

Liquid crystal elastomers with thermo-reversible Diels-Alder cross-links (DALCEs) offer exceptional reprocessability and mild-temperature reprogrammability, enabling repeated fabrication of diverse actuators. However, optimizing their molecular design and refabrication protocols remains crucial to further unlocking their potential. This work systematically investigates DALCEs synthesized via aza-Michael addition reactions between RM82, furfurylamine, and various chain extenders (phenylethylamine, ethylamine, butylamine, hexylamine, octylamine, and 6-amino-1-hexanol). The effects of cross-linking density and chain extender selection on phase behavior, thermomechanical properties, and actuation performance have been thoroughly examined. The results show that a PEA-based formulation with moderate cross-linking density achieves the most balanced performance. Based on this optimized formulation, a novel (re)fabrication strategy is introduced by harnessing DALCEs' intrinsic reprocessability, reprogrammability, and self-healing properties. This strategy employs multilevel fiber programming before monolithic actuator formation, enabling spatially controlled liquid crystal alignment and facilitating iterative actuator refinement through reconstruction. Consequently, complex morphing behaviors in disk films and stress-modulating functions in tubular actuators were demonstrated. This work establishes a versatile, easily synthesized material platform for spatially programmable, dynamic monolithic actuators, paving the way for advanced applications in soft robotics and adaptive devices.
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