Robust and Reprocessable Artificial Muscles Based on Liquid Crystal Elastomers with Dynamic Thiourea Bonds

材料科学 人工肌肉 硫脲 弹性体 焊接 共价键 复合材料 氢键 纳米技术 分子 有机化学 计算机科学 执行机构 人工智能 化学
作者
Jin Hong Lee,Jaehee Bae,Jae Hyuk Hwang,Moon‐Young Choi,Yong Seok Kim,Sungmin Park,Jun‐Hee Na,Dong‐Gyun Kim,Suk‐kyun Ahn
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (13) 被引量:119
标识
DOI:10.1002/adfm.202110360
摘要

Abstract This work reports a new class of liquid crystal elastomers (LCEs) cross‐linked with poly(ether‐thiourea) comprising a triethylene glycol spacer (LCE‐TUEG) wherein thiourea bonds impart a hydrogen bonding capability as well as permit dynamic covalent bond (DCB) exchange at elevated temperatures. While hydrogen bonding enhances the mechanical properties of LCE‐TUEG, the DCB allows the macromolecular network rearrangement of the LCEs, resulting in various useful properties that are not present in conventional LCEs, including the ability to undergo welding, melt and solution reprocessing, reprogrammable actuation, and self‐healing. By exploiting these dynamic features, electrically powered artificial muscles are fabricated that can be actuated by Joule heating using a resistive wire. In particular, an excellent specific work is demonstrated (≈65 J kg −1 ) for the artificial muscle, and full recyclability of both the LCE matrix and the metallic heating wire is achieved. Furthermore, a biomimetic artificial hand is created by welding and assembling multiple LCE‐TUEG films embedded with heating wires, followed by mechanical alignment. The integration of a microcontroller to the artificial hand enables the selective actuation of each finger, and various hand gestures are successfully demonstrated.
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