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  智能器件在各類新興和成熟領域（如，能源、航空航天和生物醫學）的飛速發展，帶來了對高性能軟體驅動器（soft actuators）的迫切需求。其中，具有熱可重編輯性（Thermal reprogrammability）的軟體驅動器，不僅能夠靈活更改結構或驅動模式而不受自身形狀限制，并且有望用以構建新一代具有高精確度和優異形變能力的自適應設備。然而，這種看似迷人性能卻往往以犧牲性能的穩定性，如驅動穩定性、尺寸穩定性為代價。熱可重編輯性和與驅動器性能穩定性之間致命的矛盾問題，阻礙了高性能熱適應性軟體驅動器的進一步開發。

  近日，清華大學吉巖副教授及其研究團隊，受電路控制啟發，聯想到如果熱可重編輯性能像電路一樣可靈活“開關”，即在需要進行形狀、功能編輯的時候將其打開（ON），而在驅動器工作、儲存的時候，又能將其完全關閉（OFF），那么以上矛盾問題便可迎刃而解。他們利用一種可淬滅的硅氧動態交換反應，借助“合成后溶脹”的處理方法，實現了反復“開關”液晶彈性體（LCEs）驅動器的熱可重編輯性（圖1，圖2）。

圖1 （a）可控“開關”液晶彈性體驅動器熱可重編輯性的示意圖；（b）陰離子調控的動態硅氧交換反應。

  這種“合成后溶脹”的處理方法，無需復雜的動態網絡設計，便可將硅氧動態交換反應在極為常用的經典硅氧烷液晶彈性體中激活，實現由原本惰性的材料制備可編輯的三維復雜驅動器；而該動態網絡又可以通過加熱失活，即關閉熱可重編輯性，驅動器驅動、尺寸、性能穩定性得到了很好的保證（圖2，圖3）。

圖2 （a）硅氧液晶彈性體化學結構；（b）通過開關策略制備穩定的單疇液晶彈性體驅動器；（c）熱驅動循環測試。

圖3 從普通硅氧液晶彈性體出發通過“開關”策略制備三維驅動器

  即使在180℃下高溫環境中放置超過72小時，材料的驅動性能也能保持不變。通過以上方法的迭代，這類驅動器可反復進行編輯、反復循環使用并且兼具卓越的穩定性（圖4）。此外，利用黑色墨水進行部分圖案化，熱可重編輯性還能夠被局部關閉，從而實現將完全不同的驅動模式無縫集成到一個致動器中，以執行更精細和復雜的任務（圖5）。

圖4 穩定驅動器的再次編輯、回收

圖5 （a）有選擇性關閉熱可重編輯性的示意圖；（b）勾狀驅動器的熱驅動，上部產生可逆伸縮驅動，下部產生可逆彎曲驅動；（c）勾狀驅動器的光驅動，僅有下部對光響應產生驅動。

  這種開關策略普適性廣、操作簡便，能用于眾多的硅氧聚合物網絡，因此，過去諸多已知的具有獨特、良好性能的材料均能夠通過以上方法進行改性，從而制備出更多樣的具有穩定性能的熱可適應器件，將極大地促進柔性驅動器、液晶彈性體和硅氧材料的創新和應用。

  相關結果發表在Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201915694。文章的第一作者為清華大學化學系仵雅禾博士，通訊作者為清華大學吉巖副教授。清華大學化學系危巖教授、楊洋博士、陳巧梅博士、錢曉杰博士參與了該研究。

  論文鏈接：

  Liquid crystalline soft actuators with switchable thermal reprogrammability, 

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201915694