两种材料的“联姻”生出可以变形变色自我修复的“后代”

四芳基丁二腈(TASN)具有热色性，聚硅氧烷基液晶弹性体(LCE)是一种经典的可逆形变材料。将两种材料结合起来，可以产生类似变色龙和壁虎联姻的效果，即善于伪装和自我修复的功能材料。

作为伪装大师，蝰蛇毛虫可以变成蝰蛇形状来吓跑捕食者，变色龙可以根据环境变化调整肤色.数百万年的自然进化赋予了许多生物不同的生存技能。

生物学的这种“主动对冲”技能也启发了研究人员开发新的仿生材料。近日，东南大学智能材料研究院院长、欧洲科学院院士、化学化工学院李泉教授利用四芳基丁二腈(TASN)和聚硅氧烷液晶弹性体(LCE)合成了TASN-LCE材料。他们用这种材料制成的海星形状的软驱不仅可以随着温度的变化而变形，响应热量和机械压缩的变化而变色，还可以自愈和再加工。相关成果近日在线发表在化学领域国际顶级期刊《德国应用化学》上。

从生物的生活技能中获得灵感。

在自然界，伪装是一种非常重要的生存策略。另一个生存技能，3354“断臂生存”，就是牺牲一些肢体或者器官来逃避抓捕。一些海洋生物，比如海星、章鱼、墨鱼，很幸运的拥有以上两种自我保护能力。

受这些生物的启发，近年来，科学家们开发了多种仿生智能软驱动程序，如人造章鱼、人造花和变色龙仿生装置。

“然而，大多数仿生软驱动只能执行一种或两种功能模式，将可逆变形、连续运动、颜色伪装、自我修复和重塑等多种功能集成到单个软驱动系统中仍然是一个具有挑战性的问题。”论文作者之一、东南大学教授杨红介绍，为了解决这一问题，团队将一种特殊材料——TASN中具有热致变色功能的基团键合到LCE中，构建了一种具有多种功能的TASN-LCE材料。

“TASN有一种力变色的特性。当对它施加一个力或温度升高时，它会变红；随着温度的降低，它的颜色又会逐渐变淡。LCE是一种经典的可逆变形材料，弹性很大，在外界刺激下会移动变形，比如红外光。”杨红说。

该材料具有伪装和“结婚”后自愈的功能

更有趣的是，TASN和LCE的结合可以产生类似于变色龙和壁虎“联姻”后的效果。

“在TASN和LCE结合成一个聚合物网络后，聚合物链上将会有TASN基团。当温度上升到一定程度，TASN基团会断裂变红，产生自由基，形成单一的聚合物分子链。然而，当温度降低时，含有TASN的聚合物的分子链会再次结合。但重新连接时，自由基可以选择其他片段，这相当于TASN以内部再造的方式重新愈合了高分子材料。”杨红解释说，这种材料变化过程可以使材料重复使用和再次加工，延长材料的使用寿命，满足材料在实际应用中多功能特性的要求。

在杨红展示的一个实验片段中，记者看到一个由TASN-LCE材料制成的、具有Q弹功能的软驱在受热后逐渐变红，然后在近红外光的照射下慢慢翘起并向上收缩。但在恢复常温并消除照射后，“海星”又恢复如初。

如果将TASN-LCE材料制成的软驱切割后重新拼接，经过一定的时间和温度后，两片切割下来的材料会重新合二为一。“虽然从宏观上看，材料被重新定型了，但实际上，内部的微观结构发生了变化。”杨红说。

“这种新材料有望用于多功能仿生软机器人、视觉传感器和人工伪装等领域。”杨红说，例如，在一些机械设备难以到达的区域，可以使用可变形和自愈合的软机器人进行检测，然后进行远程智能操作。

不过，杨红承认，新材料产业化需要一个漫长的过程，首先要解决的是新材料的生产成本。

“合成TASN—LCE材料的过程非常复杂，而且合成过程中使用的化学试剂价格昂贵，有的还有剧毒。”杨红说，为了成为工业原料，这种材料需要进行抗疲劳等机械性能测试，这需要进一步的系统研究。