近期，南昌大学 Lie Chen 团队联合东南大学 Meng Wang 团队在《Angewandte Chemie International Edition》发表研究：“Intrinsically Luminescent, Reprogrammable, and Chemically Recyclable Liquid Crystal Elastomers Enabled by Dynamic Vinylogous Urethane Chemistry”（DOI：10.1002/anie.4941808）。研究团队针对传统液晶弹性体难以同时集成本征发光、可编程形变与化学回收的难题，创新提出动态乙烯基氨基甲酸酯（VU）键一体化设计策略，开发出 VULCE 多功能液晶弹性体。该材料以 VU 键为动态交联点与发光单元，通过无催化转氨反应实现 110℃快速可编程驱动，在 80℃胺解条件下 6 小时完全化学回收，且凭借簇集诱导发光（CTE）效应呈现本征蓝色荧光，杨氏模量 1.45 MPa、韧性达 148.26 kJ/m³，为多功能可持续软驱动器提供全新设计方案。
摘要
具有集成功能的液晶弹性体（LCE）对于开发先进的软执行器至关重要。然而，在现有的可交换 LCE 系统中同时实现可重编程性、化学可回收性和固有发光性仍然存在挑战。在此，我们开发了一种基于动态插烯氨基甲酸酯（VU）键的新型LCE来应对这些挑战，其中VU部分既充当交联点又充当发光簇。最佳的多域插烯聚氨酯基LCE (VULCE)材料表现出优异的机械性能，杨氏模量为1.45 ± 0.08 MPa，韧性为148.26 ± 0.11 KJ m−3。由于 VU 键的无催化剂氨基转移，VULCE 能够重新编程为各种三维 (3D) 执行器，并在 110°C 下可逆驱动 10 分钟。此外，VULCE网络可以在过量双官能胺的有机溶剂中在80℃下解聚6小时，形成LC低聚物和小分子。通过重新引入扩链剂、介晶单体和交联剂，回收的溶液可以重新聚合成任意形状的新VULCE，实现聚合物-低聚物/小分子-聚合物的回收。更重要的是，由于簇触发发射（CTE）效应，VULCE 发射固有的蓝色荧光。这项工作展示了前所未有的多功能性，为多功能集成LCE材料的开发提供了新的见解。
图解
图1:(a) 用于制备 VULCE 的单体的化学结构。 (b) 制造多域 VULCE 和 VULCE 化学回收过程的示意图。 VULCE 的 (c) 热诱导编程功能、(d) 内在发光和 (e) 重塑功能的图示。
图2：(a) 三个 VULCE 的储能模量和损耗角正切曲线。 (b) 三个 VULCE 在 120°C 时的归一化应力松弛曲线。 (c) 阿伦尼乌斯图和三个 VULCE 的线性拟合。 (d) 三个 VULCE 的应变-应力曲线。 (e) 三个 VULCE 的韧性和杨氏模量。(f) 三个 VULCE 的 DSC 曲线。
图3：(a) VULCE2 的热诱导排列及其可逆驱动的示意图。 (b) VULCE2 在 110°C 时的驱动应变和编程应变之间的关系。 (c) 驱动应变对编程时间的依赖性，编程应变为 50%。 (d) 在 25°C 和 100°C 之间循环时单域 VULCE2 的可逆激活。 (e) VULCE2 编程和重新编程以及相应热驱动的演示（比例尺 = 1 厘米）。
图4：(a) VULCE2的化学回收和重塑过程示意图。 (b) VULCE2 (100 mg) 在含有 4 eq DAP 和 5 mL DMF 的混合物的溶液中在不同温度（60°C、70°C、80°C、90°C）下的降解率曲线。 (c) VULCE2 (100 mg) 在 80°C 下在 5 mL DMF 和不同量 DPA（2、4、8、12 eq）的混合物中的降解率曲线。 (d) 三种VULCE在相同降解条件下的降解率。 (e) VULCE2化学回收和重塑过程的照片。比例尺 = 1 厘米。
图5：B-PETA 的 (a) 化学结构和 (b) DFT 优化几何结构。(c) PETA 和 B-PETA 的归一化紫外/可见吸收光谱。(d) PETA（左）和 B-PETA（右）的静电电位分布。 (e) VULCE2、(g) LCE1 和 (h) LCE2 在不同 Ex 下的 PL 光谱。 (f) VULCE2在不同Ex下最大Em的荧光寿命。
图6：(a)字母“LCE”和(b)海豚形、海星形和蝴蝶形VULCE2的荧光照片。蝴蝶形 VULCE2 软执行器的照片在 (c) 日光和 (d) 紫外光下表现出可逆扑翼运动。比例尺 = 1 厘米。
结论
我们通过将动态 VU 键整合到 LCE 网络中，成功开发了可重新编程、可化学回收和光致发光的 VULCE。动态VU键均匀分布在VULCE网络的交联点之间，赋予网络优异的适应性和可逆性。由于 VU 键的无催化剂氨基转移，VULCE 可以在 110°C 下编程 10 分钟，以制造具有复杂结构和稳健、可逆形状变形的执行器。加热到 140°C 后，之前的形状和驱动行为可以被擦除，从而实现重新编程功能。此外，利用过量双官能胺中VU键的转氨反应，VULCE网络可以在高温下在有机溶剂中解聚成LC低聚物和小分子，从而实现聚合物到低聚物/小分子的化学回收。通过添加新鲜的 RM82、EDDET 和 PETA，回收的溶液可以重新聚合成任意形状的新 VULCE。此外，当暴露于紫外线照射时，VULCE 表现出因 CTE 效应而产生的固有蓝色发光。受益于VULCE的多功能集成特性，利用其重塑技术制造了具有可逆变形和PL的蝴蝶驱动器。尽管使用一种或两种不同类型的动态键在 LCE 系统中已经实现了类似的功能，例如重编程、回收或簇触发发光。然而，我们的工作与众不同，通过简单而通用的 VU 键将这些功能同时实现到单个 LCE 平台中，在结构简单性和合成可访问性方面提供了显着优势。我们的 VULCE 首次展示了采用 VU 化学来制造能够多功能集成的动态 LCE。这项工作不仅丰富了基于DCB的LCE库，而且为设计和制造多功能自适应软材料提供了新的策略。
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