拉胀材料（Auxetic materials）和液晶弹性体（Liquid crystal elastomers, LCEs）是超材料（Metamaterials）的典型代表，具有非凡的机械性能和热学性能。拉胀液晶弹性体作为两者的结合，会表现出一些非常规的行为。由于在微观结构和宏观性能上的复杂性，目前关于拉胀液晶弹性体的研究还较少。近期，北京化工大学胡君教授课题组和法国巴黎高科化学学院合作，合成了含动态酯键的主链型液晶弹性体Poly-LCE。课题组利用酯交换诱导的拓扑网络重排简化了其向单畴液晶弹性体Mono-LCE的取向过程，经激光切割后获得具有凹角结构（R）的拉胀液晶弹性体R-Poly-LCE，R-Mono-LCE (//)和R-Mono-LCE (⊥)，并阐明了液晶基元取向对弹性体泊松比v的影响规律（图1）。
图1 Poly-LCE及其通过拓扑网络重排获得Mono-LCE的合成方法，以及利用减材制造制备R-Poly-LCE、R-Mono-LCE (//)和R-Mono-LCE (⊥)的示意图
拉伸试验和泊松比测量显示：R-Poly-LCE最优结构的几何参数为梁宽w = 1.4 mm，凹角角度𝛼= 120o，单元阵列为6×7。在2%的断裂伸长率内所有材料的泊松比均小于零（R-Poly-LCE: v = -0.22 ~ 0; R-Mono-LCE (//): v = -0.12 ~ 0; R-Mono-LCE (⊥): v = -0.16 ~ 0），然而在2%至10%的拉伸范围内，R-Poly-LCE的泊松比大于零（v＞0），R-Mono-LCE (//)和R-Mono-LCE (⊥)则显示出零泊松比特性（v 0）（图2）。通过广角X-射线散射（WAXS）分析液晶高分子链软弹性引起的构象变化，结合有限元模拟分析，阐明了液晶基元取向对拉胀弹性体泊松比v的影响规律。该研究为制备拉胀液晶弹性体提供了一种新方法。
图2液晶基元取向对材料泊松比的影响
该工作以“Auxetic liquid crystal vitrimers with adjustable Poisson’s ratios enabled by topological rearrangements of polymer network”为题发表在Adv. Funct. Mater.期刊上。第一作者为北京化工大学软物质高精尖中心博士生郑智然，通讯作者为胡君教授和法国巴黎高科化学学院李敏慧教授。该研究工作得到了北京市自然科学基金的支持，感谢所有合作者对该研究工作的贡献。
文章信息：
Zhiran Zheng, Weixin Ma, Jiawei Li, Yaning Ma, Jun Hu* and Min-Hui Li*. Auxetic liquid crystal vitrimers with adjustable Poisson's ratios enabled by topological rearrangements of polymer network. Adv. Funct. Mater. 2024, 2410235.
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202410235