液晶弹性体（LCE）兼具液晶有序结构与弹性网络，可在热、光、电等外界刺激下产生大幅、可逆且可编程的形变，在软体机器人、人工肌肉和自适应器件等领域具有广阔的应用前景。然而，传统LCE通常依赖永久共价交联，服役结束后其网络难以解构，往往只能降级利用或作为聚合物废弃物处理。动态共价键的引入虽然赋予LCE一定的重加工能力，但如何高产率回收结构明确、可直接复用的分子构件，并使重建材料在多轮循环后仍保持原有驱动性能，仍是该领域面临的关键挑战。

  近期，北京科技大学姜乃生教授团队与H.B. Fuller公司的李宇展博士合作，构建了一类以硼酸酯为动态交联点的液晶弹性体（PBBA-LCE）。该体系采用商业可得原料，通过两步反应制备：首先利用硫醇-Michael点击反应合成带邻二醇基团的液晶低聚物（LC-Pre），随后以1,4-苯二硼酸（PBBA）与邻二醇脱水缩合，形成动态硼酸酯交联网络。硼酸酯键一方面可在加热条件下发生动态交换，用于液晶基元取向和形状编程；另一方面可在温和的溶剂辅助水解条件下被选择性切断，从而为分子构件级闭环化学回收提供化学基础。

图1. PBBA-LCE的合成路线、网络结构及热学、力学与液晶取向表征。

  研究团队通过调节PBBA含量，系统调控了网络交联密度、液晶有序度以及材料的热学、力学和驱动性能。随着PBBA含量增加，材料的强度提高，但液晶有序度和驱动应变有所下降。其中，PBBA20在力学性能、驱动幅度和循环稳定性之间表现出最为均衡的综合性能，其热致驱动应变达到30.8%，在300 kPa恒定应力下的功容量达到97.9 kJ·m^-3。

图2. 硼酸酯动态交换、热编程及PBBA-LCE的循环驱动与负载做功性能。

  此外，PBBA-LCE的适度疏水性赋予其良好的水环境稳定性，而回收时通过THF短时溶胀可促进水进入网络内部，从而实现硼酸酯交联点的按需选择性水解。PBBA20直接浸泡于去离子水72 h后，其尺寸、质量、力学性能和驱动行为均未出现明显劣化。回收过程中，硼酸酯交联点被选择性水解，而LC-Pre中的硫醚主链保持完整，从而实现PBBA与LC-Pre的分别回收。

图3. PBBA-LCE的选择性水解回收流程、组分结构、回收率及再生材料的驱动性能。

  经过5轮完整的回收与重构循环，LC-Pre和PBBA的回收率仍分别达到96.9%和96.4%。同时，两种组分的化学结构以及LC-Pre的分子量分布均未发生明显变化，由其重建的LCE也保持了与原始材料基本相当的热学、力学和驱动性能。同一批回收得到的PBBA和LC-Pre还被依次用于构筑二维薄膜驱动器、三维管状驱动器和热响应智能表面，并在完成相应功能演示后再次回收。该级联过程表明，回收得到的分子构件不仅可用于重建原始材料，还可在不同几何结构和器件形态之间循环利用，为可持续软驱动器和循环使用的智能器件提供了新的材料设计思路。

图4. 回收分子构件从二维薄膜驱动器到三维管状驱动器和热响应智能表面的级联再制造。

  相关论文以“Closed-Loop Chemically Recyclable Liquid Crystal Elastomers via Selective Hydrolysis of Boronic Ester Crosslinks”为题发表在Macromolecules上，论文第一作者为北京科技大学材料科学与工程学院博士研究生董智翔，姜乃生与李宇展为通讯作者。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6c01533