液晶彈性體可以模塑成加熱時從一個到另一個的形狀適用于生物醫學和機器人應用

萊斯大學的科學家們創造了一種橡膠狀的變形材料，可根據需要從一種復雜的形狀轉變為另一種形狀。

由材料科學家Rafael Verduzco和研究生Morgan Barnes編寫成聚合物的形狀出現在環境條件下，并在加熱時融化。這個過程也是相反的。

平穩的操作掩蓋了納米尺度的戰斗，液晶和它們嵌入的彈性體爭奪控制權。當冷卻時，編程到液晶中的形狀占主導地位，但是當加熱時，晶體在橡膠帶狀彈性體內松弛，就像冰融化成水一樣。

在巴恩斯迄今為止制造的大部分樣品中 - 包括面部，萊斯標志，樂高積木和玫瑰 - 材料在室溫下具有復雜的形狀，但是當加熱到大約80度的轉變溫度時攝氏(176華氏度)，它折疊成一張平板。當熱量被移除時，形狀會在幾分鐘內彈回。

盡管看起來很奇特，但這種材料顯示出模仿生物的軟機器人以及生物醫學應用中的前景，這些機器人需要在體溫下采用預編程形狀的材料。

該研究在皇家化學學會期刊Soft Matter中有所描述。

“化學和生物分子工程，材料科學和納米工程教授Verduzco說：”這些都是用兩步化學制成的，已經做了很長時間。“人們一直專注于液晶的圖案化，但他們沒有考慮過這兩種網絡如何相互作用。

“我們認為，如果我們能夠優化網絡之間的平衡 - 使它們不會太僵硬，也不會太軟 - 我們可以獲得這些復雜的形狀變化。”

他說，液晶狀態最容易編程。一旦材料在模具中成形，在紫外光下固化五分鐘就可以確定結晶順序。巴恩斯還制作了兩種形狀之間切換的樣品。

她說：“而不是簡單的單軸形狀變化，你有一些延長和收縮的東西，我們能夠擁有從2D形狀到3D形狀，或從一個3D形狀到另一個3D形狀的東西。”

實驗室的下一個目標是降低轉變溫度。“體溫激活為我們提供了更多應用，”巴恩斯說。她說，觸摸時出現的觸覺智能手機按鈕或視覺障礙者的反應式盲文文本都可以觸及。

她還想開發一種對光而不是熱反應的變體。“我們希望讓它具有照片響應性，”巴恩斯說。“不是加熱整個樣品，而是只激活你想要控制的液晶彈性體的一部分。這將是一種更容易控制軟機器人的方法。”