美国研究人员开发出一种新型智能材料,该材料在光和热刺激下能够发生预设的形状变化。这一成果发表于《科学进展》杂志,有望在机器人、生物医学设备及人工肌肉等领域获得广泛应用。
该材料基于液晶弹性体(LCE),这是一种具有各向异性分子排列的高分子材料,通常用于液晶显示器。液晶弹性体在外界刺激(如光、热、电场)下,其液晶基元取向会发生改变,导致材料宏观变形。传统上,这种变形需要复杂的、不可逆的编程方法来实现。
在新研究中,研究人员在液晶弹性体中引入了光敏开关分子(如偶氮苯衍生物)。当特定波长的光照射时,光敏分子发生顺反异构,驱动液晶基元按预设方向排列;随后施加热刺激,分子排列进一步调整,使材料产生宏观变形。例如,用该材料叠成的“千纸鹤”在室温下保持形状,加热至约93°C时会舒展变平,冷却后又恢复原状。这种双向可逆变形过程肉眼即可观察到。
该研究的关键创新在于将光响应和热响应结合在单一材料体系中,避免了传统编程方法的不可逆性,为智能材料的实际应用提供了新思路。未来,该材料有望用于制造可变形机器人组件、自适应支架和人工肌肉等,在生物医学工程和柔性电子领域具有重要潜力。