室温自修复胆甾相液晶弹性体的力致变色及可调圆偏振反射特性研究

本研究针对传统胆甾相液晶弹性体(CLCE)共价交联网络导致的性能局限，创新性地引入动态硼酸酯键构建新型CLCE材料。该材料在机械应力下呈现600-520 nm反射带位移、应变超过40%时单圆偏振反射转为双反射的特性，并展现室温自修复率85.83%±7.92%、90℃下达89.63%±4.30%的优异性能，负载能力达自重1500倍，为智能光子伪装和自适应光学系统提供了新材料解决方案。

　　

在智能材料领域，胆甾相液晶弹性体(Cholesteric Liquid Crystal Elastomer, CLCE)因其独特的螺旋纳米结构带来的结构色调控能力备受关注。这类材料无需复杂纳米加工即可实现光子带隙调控，在显示技术、光学传感等领域展现出巨大潜力。然而传统CLCE依赖强共价交联网络，虽保证了机械强度，却牺牲了材料可重构性和自修复能力，这成为制约其实际应用的瓶颈。如何赋予CLCE动态响应特性，同时保持其优异的光学性能，成为当前材料科学的重要挑战。

为解决这一难题，黑龙江自然科学基金支持的研究团队创新性地将动态共价化学引入CLCE体系。研究人员设计合成含双硼酸酯键的功能分子ADA，通过各向异性溶胀法将其整合至CLCE主链，成功开发出兼具力致变色、圆偏振光选择性和自修复功能的新型材料。相关成果发表在《Polymer》期刊，为智能光子材料开发提供了新思路。

研究采用三项关键技术：各向异性溶胀法制备光子薄膜，实现纳米级螺旋结构的精确控制；动态硼酸酯键的引入通过硫醇-迈克尔加成和光聚合双重反应完成；通过紫外-可见光谱和圆二色谱系统表征材料的光学响应特性。实验选用RM82液晶分子、手性剂LC756、交联剂EDDET/PETMP等商业原料，确保体系可重复性。

【Results and discussion】部分揭示：机械拉伸下CLCE反射带从600 nm蓝移至520 nm，展现优异的可逆性；应变超过40%时单圆偏振反射(CPL)转变为双反射，实现光学特性的动态调控。硼酸酯键的动态交换赋予材料卓越的自修复性能，室温24小时修复率达85.83%±7.92%，高温下提升至89.63%±4.30%。材料最大承载能力达自重1500倍，突破传统自修复材料的力学局限。

【Conclusions】部分强调：该研究通过分子设计将硼酸酯动态共价键整合至CLCE主链，首次实现主链型CLCE的室温自修复。材料独特的力致变色响应跨越整个可见光谱，反射波长调控范围达80 nm。更值得注意的是，应变诱导的CPL选择性转变现象为光学信息加密提供了新思路。硼酸酯键的sp²/sp³杂化转换特性使材料具备水/热双重响应自修复机制。

这项研究的突破性在于：首次在保持CLCE光子特性的前提下实现室温自修复；通过双硼酸酯分子ADA的设计克服单硼酸酯体系性能局限；发现应变阈值调控CPL选择性的新现象。所开发材料在自适应光学器件、智能伪装涂层、光学存储介质等领域具有明确应用前景，特别是其1500倍自重的承载能力极大拓展了实际应用场景。研究为动态共价化学指导功能材料设计提供了成功范例，推动液晶弹性体从结构材料向智能响应材料的范式转变。