智能材料驱动器由于其在软机器人、人工肌肉、发动机和能源转换器等领域的潜在应用，一直受到人们的广泛关注。实际上，由于成本低、无线驱动、快速响应等优点，光控人工驱动器更适合实现复杂的驱动行为。含偶氮苯分子的液晶是一种典型的基于反-顺式光异构化的光响应材料。偶氮苯光驱动器的性能已从最初的简单弯曲、扭转，发展到微型机器人和液体输送等新应用。但是，由于光控偶氮苯驱动器的驱动性能有限，目前还缺乏实际应用。
本论文通过将反蛋白石结构引入驱动器中，以制备不对称的几何结构，其中的反蛋白石的多孔结构与液相有较大的接触面积，有利于液相驱动；同时基于偶氮液晶分子在厚度方向的梯度取向，实现了不对称的化学组成分布。 基于如上的设计理念，本研究工作制备了一种以多畴偶氮苯反蛋白石结构为一侧，单畴偶氮苯聚合物为另一侧的液相Janus偶氮苯聚合膜（图1）。基于Janus结构以及溶剂/热/光和聚合物链段之间的相互作用，制备的薄膜在液相中表现出增强的驱动性能（图2，例如弯曲角从20.8o增加到808.8o）。Janus结构提供了液相非均质溶胀的潜在驱动趋势，溶剂/热/光效应充分松弛了物理缠结的大分子链，改变了薄膜的力学性能，降低了偶氮苯分子异构化的能垒。最后，本研究工作还展示了Janus偶氮苯驱动器的潜在应用，如提拉重物、光/热/溶剂驱动液相体系中环的滚动等。为设计和制备新型偶氮苯驱动器提供了一种简便易行的方法。具体内容如下：
图1 Janus偶氮苯光子晶体聚合膜的制备流程和相关表征
图2 Janus偶氮苯光子晶体聚合膜的增强的液相光驱动行为和相关表征
所制备的驱动器基于Janus结构以及溶剂/热/光和聚合物链段之间的相互作用的协同效应，在液相中表现出增强的光驱动性能。图3展示了在乙醇（30 oC）底部紫外光照射下薄膜连续向前滚动。驱动器在液相中的运动，为血栓的疏通和药物的释放提供了潜在的应用前景。
图3 Janus偶氮苯光子晶体聚合膜在液相环境中滚动行为
相关研究结果以 “Liquid-phase Super Photoactuator through the Synergetic Effects of a Janus Structure and Solvent/Thermal/Photo Responses”为题发表于AFM, 2021, DOI：10.1002/adfm.202105728。该文章通讯作者为中国科学院理化技术研究所王京霞研究员。第一作者为中国科学院理化技术研究所博士研究生刘俊超。中国科学院理化技术研究所江雷院士和日本中央大学Tomiki Ikeda教授为本研究提供了专业的指导和帮助。
此外，王京霞研究员团队基于所制备的偶氮苯光子晶体,发展了无墨光控可重写光子晶体纸。得到的光子晶体材料通过不同掩膜版可以实现在同一光子晶体材料表面不同图案的制备和擦除，发展为可重写的光子晶体纸张（图4（C, D））。在同一偶氮苯光子晶体材料表面换不同形状的掩模板在紫外光/可见光的交替照射下制备一系列不同的光子晶体图案。例如，图4（C1-C5）刻画了滑雪的一系列过程。图4（D1-D7）为长城，水立方和东方明珠等高分辨率图案。写入和擦除时间仅为2 s，重复性多于100次。相关研究结果以 “Inkless Rewritable Photonic Crystals Paper Enabled by a Light Driven Azobenzene Mesogen Switch”为题发表于ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 12383-12392。该文章通讯作者为中国科学院理化技术研究所王京霞研究员和华南师范大学王耀教授。第一作者为中国科学院理化技术研究所博士研究生刘俊超。中国科学院理化技术研究所江雷院士、日本中央大学Tomiki Ikeda教授和华南师范大学周国富教授为本研究提供了专业的指导和帮助。
图4 基于偶氮苯光子晶体的可重写光子晶体纸
