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  液晶彈性體(LCE)具有可逆驅動行為，拓展了工程設備的功能可設計性，適用于許多應用，包括醫療、能量收集和軟機器人等。LCE 驅動的先決條件在于液晶基元排列,可以通過機械拉伸、表面錨定和外場誘導取向來實現。然而，它們的運動復雜性依賴于不靈活、較繁瑣的液晶基元排列技術。因此，如何制備取向流程簡單、形狀復雜度高的液晶彈性體需要進一步研究。

  該團隊采取了一種數字光固化方法，超快速制造LCE（無模板），并進行復雜的驅動行為的設計。該方法采用商用投影儀進行數字光固化處理（圖1b）,利用沿厚度方向的光衰減現象形成梯度固化。正面具有最高的交聯密度和最低的未反應單體含量，背面則相反。當未反應的單體揮發時，整個厚度方向的區別化脫除程度使得固化后的平面膜轉化為三維幾何形狀（圖1c中間略微卷曲的“花”）。同時，液晶基元自發進行取向，最終得到具有復雜三維結構的取向的液晶彈性體，繼而能夠產生可逆的彎曲變形。

圖1 液晶彈性體的數字化制備 (a) 前驅體單體化學結構。(b) 數字光固化示意圖。(c) 液晶基元排列和可逆驅動的機理圖。

  為了設計更穩定的可逆形變行為，利用數字光固化的時空參數可控的特性在同一樣品中復合兩個曝光時間的方法實現了基礎模塊的構筑。

  借鑒肌肉的運動原理，即通過多個肌肉束的簡單收縮/擴張的協同作用來實現不同的運動的機理，利用數字光來自由設計由多個模塊（簡單彎曲變形）組成并協同作用的LCE模塊集成（圖2）。

圖2 設計模塊集成的LCE。圖案中的淺藍色線和深藍色線分別代表9秒和16秒的曝光時間。所有比例尺均為10 mm。

  因此，能夠在不使用任何物理模板的情況下，在 25 s光固化時間內快速制造出具有高度可設計性的 LCE，這為設計具有功能多樣性的軟體機器人提供了一個新的方向。

  以上相關成果發表在Advanced Materials（Adv. Mater. 2021, 2105597）上。論文的第一作者為浙江大學化工學院碩士生方夢琦，共同第一作者為浙江大學航空航天學院碩士生劉濤，通訊作者為謝濤教授、賈錚教授與鄭寧博士。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202105597