文献笔记-十三周

文献笔记轩钦Conversion of light into macroscopic helical motion

发表于NatureChemistry 纳米技术的一个重要目标是发展能够把分子运动转换成宏观性质的器件。尽管光响应的形状改变已经被报道，但是与人造肌肉相比，真正的应用还需要进一步研究。这篇文章中，作者介绍了一种能把光能转换为宏观机械运动的弹性材料的设计，合成和原理。这种在高分子中嵌入分子开关的弹性材料中，分子运动能放大转换成可控和可逆的运动。这些弹性材料展现出包括移动宏观物体和模仿植物向光生长的螺旋运动。这些功能材料在微机械、软体机器人、人造肌肉等领域中存在广泛的应用潜力。

作者介绍了一种在室温下宏观上选择性形成左右手螺旋结构的高分子液晶网状材料，并且其复杂可控是由于响应一种特殊的刺激：光。这种材料中的，类似于偶氮苯的光响应开关通过可聚合的丙稀酸交联网络成为纳米级的转化器，导致了材料的光响应特性。这种物质的质量分数达到10%时可使材料产生光响应形变。

作者采用向列型液晶和丙烯酸酯基的向列型液晶混和在光引发剂存在的条件下光引发聚合成的材料作为基质，并加入了手型掺杂剂(S-811)。把这种材料放入玻璃槽内使液晶的阵列方向从槽底到槽口均匀改变90°并通过偏光显微镜鉴定。

然后切成条，切条的方向不仅是形成何种手性的螺旋结构也是他们光响应性质的重要参数。

从不同角度剪切时，原来在聚合和干燥过程中各向异性的收缩表现出来。事实上，螺旋形的多样性主要由三个原因:一是手型掺杂剂决定的晶体手性（掺杂S-811与掺杂R-811的细条形状成镜像关系），二是裁剪的角度φ，三是厚度方向上的浓度梯度。接下来，作者把带有掺杂剂的细条加热到180°排除细条中掺杂剂与未掺杂的细条对比验证了未掺杂手性材料的细条在φ约为45°或者135°时没有手性。随后，作者针对因反应槽上表面优先反应而产生的纵向密度梯度引起的曲率不同，把光源置于底部并发现细条呈现的手性与之前相反。总之，描述细条特性的两个性质中，细条的曲率是由液晶取向单元决定，而弯曲手型是不仅由液晶取向单元决定，而且取决于高分子的梯度方向。

然后，作者测试了这种材料的光响应特性。（如下图）图a是φ不同的细条在紫外线光照2min之后缠绕、退绕、以及螺旋变向的宏观行为；图b可以看出φ≈45°时出现明显的缠绕，在φ≈90°时出现明显的退绕；图c为在紫外线照射下的在垂直液晶取向方向伸展转变的示意图；图d为在紫外线照射下由于厚度方向上的液晶取向不同而导致的不同光响应特性从而引起宏观的缠绕与退绕。

随后，作者通过对比，表明热松弛时间的半衰期为15min比光响应时间大，

从而说明材料光响应机制的可逆性比较好，并通过交替照射紫外光和自然光进一步验证材料内光响应开关的可逆性。

最后作者相反手性的材料组合模拟了自然界植物卷须的结构，可以利用这些手性材料的组合结构设计不同的光响应运动，从而扩展材料的应用性。