4D Printing of Reprogrammable Liquid Crystal Elastomers with Synergistic Photochromism and Photoactuation

光致变色 材料科学 变形 弹性体 软机器人 光热效应 纳米技术 伪装 辐照 墨水池 3D打印 光热治疗 计算机科学 执行机构 复合材料 人工智能 物理 核物理学
作者
Mei Chen,Yanbei Hou,Ran An,H. Jerry Qi,Kun Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (34) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adma.202303969
摘要

4D printing of liquid crystal elastomers (LCEs) via direct ink writing has opened up great opportunities to create stimuli-responsive actuations for applications such as soft robotics. However, most 4D-printed LCEs are limited to thermal actuation and fixed shape morphing, posing a challenge for achieving multiple programmable functionalities and reprogrammability. Here, a 4D-printable photochromic titanium-based nanocrystal (TiNC)/LCE composite ink is developed, which enables the reprogrammable photochromism and photoactuation of a single 4D-printed architecture. The printed TiNC/LCE composite exhibits reversible color-switching between white and black in response to ultraviolet (UV) irradiation and oxygen exposure. Upon near-infrared (NIR) irradiation, the UV-irradiated region can undergo photothermal actuation, allowing for robust grasping and weightlifting. By precisely controlling the structural design and the light irradiation, the single 4D-printed TiNC/LCE object can be globally or locally programmed, erased, and reprogrammed to achieve desirable photocontrollable color patterns and 3D structure constructions, such as barcode patterns and origami- and kirigami-inspired structures. This work provides a novel concept for designing and engineering adaptive structures with unique and tunable multifunctionalities, which have potential applications in biomimetic soft robotics, smart construction engineering, camouflage, multilevel information storage, etc.
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