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  日前，東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院楊洪教授課題組在人造肌肉材料研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，科研團(tuán)隊(duì)研制了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)液晶彈性體材料，其具有超強(qiáng)的力學(xué)性能，在人造肌肉等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。該研究成果于近日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》雜志上。

  液晶彈性體是一種典型的雙向形狀記憶材料，具有形變大、形變可逆等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，在仿生器件、軟機(jī)器人等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。然而，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)四十年的發(fā)展，液晶彈性體研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室層面，未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用；限制其應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是：液晶彈性體在形變過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力太小，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的力學(xué)性能需求。例如，人的骨骼肌收縮應(yīng)變大于40%，應(yīng)力大于0.35 MPa，彈性模量大于10 MPa；對(duì)傳統(tǒng)的液晶彈性體材料而言，收縮應(yīng)變不是問(wèn)題，應(yīng)力也勉強(qiáng)可以達(dá)到，但是彈性模量一般在0.1~1 MPa，低了整整一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

  科研團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，采用將聚氨酯液晶彈性體和聚丙烯酸酯液晶熱固體的小分子前體組分混合、再同步交聯(lián)的技術(shù)途徑，制備了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)液晶彈性體材料，其收縮應(yīng)變、應(yīng)力、彈性模量分別達(dá)到了46%、2.53 MPa、10.4 MPa，首次全面滿足了液晶彈性體基人造肌肉的力學(xué)性能要求。

  如下圖所示，該新型人造肌肉材料具有超強(qiáng)的力學(xué)性能，其發(fā)生伸縮形變時(shí)的抗拉強(qiáng)度和彈性模量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了前人的研究成果；在熱刺激條件下，該材料可以拉起自身重量3萬(wàn)倍的物體。

  論文日前發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》雜志（Lu, H.; Wang, M.; Chen, X.; Lin, B.; Yang, H.* “Interpenetrating Liquid-Crystal Polyurethane/Polyacrylate Elastomer with Ultrastrong Mechanical Property”. Journal of the American Chemical Society, 2019, 141, DOI: 10.1021/jacs.9b06757. ）。論文第一作者為17級(jí)博士生陸海峰同學(xué)。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06757