液晶弹性体(LCE)由于其既有弹性体的性质(熵弹性),又有液晶的性质(自组织),并且在施加某种外部刺激后能可逆地改变其形状,近年来受到越来越多的科学家与学者们的关注。液晶弹性体发展的短短二三十年间,这种刺激响应型聚合物的应用范围越来越广泛,如在原子力显微镜中,可作为微流体系统中的阀门;微机械系统中可作为机器人的人造肌肉;灵感来自纤毛的推进系统;以及可以根据环境改变其自身属性的智能表面等。近年来,越来越多的学者已不满足于开发单一刺激响应的液晶弹性体致动器,多重刺激响应的材料由于应用范围更加广阔,形变种类更加丰富而成为当下的热点。传统的可逆伸缩和可逆弯曲形变应用范围受到一定限制,更加复杂的可逆三维形变,特别是螺旋形变,正成为当今研究的重点。螺旋结构中的大多数是静态并且表现出不可逆的单手性。相反,螺旋卷曲的手性反转在自然界中经常被观察到。例如,某些植物可以在外部刺激(如光和湿度)下调节螺旋卷曲运动的手性,以确保获得更多的阳光和生活空间。虽然在过去十年中已经报道了一系列热响应和光响应螺旋液晶弹性体材料,它们可以通过将液晶弹性体薄膜裁剪成与取向方向不同角度而实现螺旋卷曲,但其中有一个显著的缺点,即每个薄膜在外部刺激下只能呈现单一螺旋的形状,而不能呈现手性的反转。因此,我们的目标是开发一种具有可调螺旋卷曲结构和运动模式的多重刺激响应型软致动器。受螺旋卷曲液晶弹性体材料和液晶弹性体软致动器仿真设计的启发,本文首先设计并制备了一种双层双组分近红外/紫外光响应型液晶弹性体软致动器,充分结合偶氮小分子的UV光致异构化作用与NIR染料的光热效应。我们完全叠加两个预交联的单轴拉伸LCE薄膜,其沿相同的取向方向包含不同的组成成分,通过氢化硅烷化反应将它们粘合在一起,并将膜切割成相对于双层LCE膜的拉伸方向成45°的条带。研究表明,制得的软致动器材料可以成功通过调节光的波长来切换螺旋卷曲运动的手性,即在近红外光照射下发生左旋扭曲形变,在紫外光照射下发生右旋扭曲形变。其中在NIR照射下5 s内完成左旋形变,扭转角达432°,螺旋转数稳定在1.2;在UV照射下45 min内完成右旋形变,扭转角达162°,螺旋转数为0.45,同时这两种形变是完全可逆的。这种光控可调手性螺旋LCE材料,为人造软体机器人的复杂可逆形变研究做出有利的基础,在微流控、人造肌肉、仿生装置等领域具有潜在的应用价值。其次,本文拟将基于氢键的湿度响应与基于偶氮的紫外光响应相结合,制备一种双层双组份多重刺激响应型LCE致动器,其设计目标是能在紫外光下弯曲,在干/湿环境下发生左/右手性螺旋扭曲可逆形变。这种多重响应多种3D形变可逆切换的液晶弹性体致动器若能制备成功,将丰富多重刺激响应的形变范围,增加形变的多重性与复杂性。