看名字就可以知道，它是液晶（Liquid Crystalline）和弹性体（Elastomer，橡胶）的结合体。因此也具有它们各自的优点：既有液晶的各向异性，也有橡胶的弹性。换句话说，LCE就是拥有液晶性质的橡胶，温度、pH、电、湿度都可以使它发生形变。这些刺激的本质就是利用了液晶的各向异性，即在晶体的不同面，有不同性质如导电性、导热性等的差异。 从微观组成来说，LCE是由硅或碳构成的主链靠交联剂连成网络，链上附着着大量的液晶分子。让我们想象一下阅兵仪式，方阵中的士兵们听到指令就一起散开或聚集或转向同一个方向，因此整个方阵的形状也会改变。一个个的分子好像一个个士兵，每个分子都有相同的性质，遇到光、热或电的刺激就会有所响应，从而改变整个物体的形状。不过不同的是，LCE中发生变化的不是分子的间距，而是分子本身。也就是说，液晶分子的一举一动，也牵扯着整个网络的变化，其中靠的就是分子之间的交联剂。它们共同作用，进而引起形变。 科学领域的每一个进步都来之不易，对于LCE的发展，同样如此。为了使得这种材料可以更好地为人们所利用，材料形变的可逆性是一个重要的课题。之前可逆性最多只有40%左右，但是经过人们的不懈努力，可逆性终于达到了100%。科学家们运用了一种特殊的用光编程的方法。折叠后的物体受到特定频率的光照，就相当于用光对C（碳）或Si（硅）分子网络进行物理编程，该分子网络就成了有记忆的材料，存储了特定折叠或弯曲的记忆。在特定条件下，如高温或低温，晶体表现它的各向异性，牵扯着分子网络，就会表达出之前编程所设定的形状。 “通过将它们暴露在光线下，材料能够在两个独立形状之间来回反复振荡。这一性能将为添加剂制造、机器人和生物材料等领域开辟广泛的新应用和方法。”克里斯托弗·鲍曼说。他是科罗拉多大学化学与生物工程系的教授，致力于这项研究。 反应快，可以伸缩且100%可逆……LCE简直是模仿肌肉的完美材料。它可以帮助研究者在医疗领域实现较大的突破。不过，对于这种材料的研究才刚刚起步，一些明显的问题如生物相容性等还需要进一步解决。 此外，柔性机器人领域也可以运用这一材料来模仿微小的形变，到那时，“蚁人”就不仅仅存在于科幻电影当中了。同时，“给点阳光就灿烂”是这种材料一个突出的优点，不难想象，未来人们可以利用LCE，将光能转化为动能，更高效地利用太阳能。 （本栏长期征集“日知录”三字篆刻，投稿邮箱：rizhilu999@163.com） |
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