东南大学杨洪课题组创制火焰驱动液晶弹性体致动器

（通讯员 王猛）近日，东南大学化学化工学院杨洪教授课题组在液晶弹性体材料的防火安全与驱动功能兼容性研究方面取得重要进展。研究团队通过自由基介导的P—H/烯烃逐步聚合策略，将次磷酸以稳定的P—C键引入液晶弹性体主链，成功合成了首例兼具本征阻燃性、可逆热致驱动与火焰触发驱动功能的液晶弹性体材料。研究成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。

液晶弹性体作为一类重要的软致动材料，能够在外界刺激下产生大幅、可逆的形变，在软体机器人、智能穿戴和人工肌肉等领域具有广阔的应用前景。然而，绝大多数高分子基软材料在火灾或高温环境下极易燃烧、熔融或坍塌，防火安全与驱动功能之间的不兼容已成为制约液晶弹性体实际应用的根本性障碍。传统的外添加型阻燃策略（如填充阻燃剂、表面涂层或构建复合材料）虽然在理论上可提供热防护，但引入的外来相往往破坏液晶弹性体的分子有序排列，并在反复形变过程中引发界面脱粘和力学失配，最终牺牲其可逆驱动性能。

针对这一难题，东南大学研究团队从分子设计源头出发，摒弃了传统含磷液晶高分子依赖刚性芳香族含磷单元的设计思路，通过自由基介导的P—H/烯烃逐步聚合，将次磷酸以稳定P—C键形式引入LCE主链，在实现高达6.8wt.%磷含量的同时，保持低且可调的相转变温度与可逆驱动能力。该含磷LCE纤维在热致驱动下可实现约36%的可逆收缩应变，并且相比无磷对照样品，其热释放容量和峰值热释放速率分别降低33.7%和33.1%，垂直燃烧测试中表现出明确的自熄行为。

尤为引人注目的是，该材料实现了独特的“火焰触发驱动”功能。如下方动图所示，在承重致动器构型下，含磷LCE纤维在直接火焰接触后0.4秒内迅速收缩并将重物提起；移开火焰后材料自行熄灭，冷却后重物回落，完成可逆升降做功循环。经火焰燃烧后的致动器在后续热循环中持续服役，结构完整性与输出功能均未丧失。相反，无磷对照样品在直接火焰接触中迅速点燃并发生破坏性燃烧，结构严重扭曲，致动功能完全丧失。

该工作的核心创新在于通过分子层面的P—C键设计，从根本上解决了阻燃性与驱动功能长期以来的不相容矛盾。与传统含磷液晶高分子中不稳定的P—O—C键不同，P—C键赋予了材料优异的热氧化稳定性，使其能够在高温下程序化地释放气相淬灭组分，同时通过磷促进的成炭机制在凝聚相形成坚固的保护层。这种气–固两相协同的阻燃机制，使材料在火焰触发快速驱动的同时，能够在火焰移除后自行熄灭并保持结构完整，为下一轮驱动做好准备。

论文第一作者为化学化工学院博士研究生邵士民，王猛副研究员和杨洪教授为共同通讯作者，东南大学为唯一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.5197516

供稿：化学化工学院

（责任编辑：翟梦杰 审核：陈少鹏）