受阻近晶型液晶弹性体作为多功能机械超材料

《Nature Communications》：Frustrated smectic liquid crystal elastomers as multifunctional mechanical metamaterials

　　

摘要

拉胀材料具有负泊松比，即在拉伸应变下会增粗。向列液晶弹性体的发现标志着分子拉胀材料设计中的范式转变，因其可调节、透明、可扩展、无孔且易于制造。在此，我们报道了层列相液晶弹性体将已知的合成分子拉胀材料扩展到第二个家族。这些液晶弹性体基于丙烯酸酯，轻度交联（约8摩尔%），并在前驱体混合物的向列相中进行聚合。所得的层列A液晶弹性体展现出几个分子长度的相关长度，提示存在层状挫败现象，我们通过德热纳在1975年预测的机制确认了这一点。所描述的三种液晶弹性体在应变超过约40%时表现出负泊松比，从而标志着在层列相液晶弹性体中观察到拉胀行为。对平面型和垂型液晶弹性体的剪切振荡测量显示出高度各向异性的模量，使得高度各向异性的粘附特性得以阐明，不同几何构型之间的差异可达20倍。室温下的粘性测量表明，不同几何构型之间的粘附力存在31%的差异。此外，我们发现，在垂型情况下，向列相和层列A液晶弹性体的剪切模量相当，验证了此类系统的理论预期。