在自然界中，生物体能够根据环境变化实时调整运动轨迹以规避风险。这种动态变形的智慧为人工软材料的设计提供了灵感。然而，传统材料往往依赖复杂的预编程机制和机械控制，难以实现真正的实时自适应。近日，浙江大学宁波国际科创中心智能材料与制造团队提出了一种基于正交光控策略的动态交联聚合物，赋予了合成材料实时调整变形路径的能力，为智能软体机器人和自适应展开器件的研发提供了新思路。

2025年7月21日，该研究成果以“Orthogonal light triggering of dynamic polymer networks toward on-demand shape evolution control”为题，发表在Matter期刊上。论文第一作者为团队博士生杨晨，通讯作者为陈狄副研究员。

图1：材料变形路径的按需正交控制。

该工作构建了含动态二硫键的聚合物网络，并利用非挥发性脂肪酸混合物对其进行溶胀，形成具有多重形状记忆特性的高分子凝胶。通过调节脂肪酸的熔化顺序：10 °C（辛酸）→ 35 °C（月桂酸）→ 60 °C（硬脂酸），能够在不同温度下实现多阶段的形状回复。

图2：动态共价聚合物网络的多重形状记忆行为。

另一方面，凝胶中含有的二硫键可在紫外光下引起动态键交换过程，释放内应力，使得材料被固定于相应形状，且可实现区域控制。如图3所示，这个过程使得形状的变化路径不再是预先确定的，而是可以根据需求灵活调整。

图3：变形路径及形状的区域化实时控制。

作者进一步在凝胶中引入了光热转换基元，使得材料可以被近红外光（NIR）与紫外光（UV）正交控制：当近红外光照射时，凝胶中的偶氮苯衍生物将光能转化为热能，逐步熔融不同熔点的脂肪酸，触发多阶段形状恢复。此时，UV光可通过诱导二硫键交换，在不依赖外力的情况下锁定形状，从而为形状演变提供了“按需”控制的机制。如图4所示，可通过切换光源实现不同手势的变化。这一策略不同于现有形状记忆行为，实现了材料在运行过程中路径的实时调整，将传统始末态控制拓展到过程控制。

图4：基于正交光控制的材料变形行为。

基于上述研究，作者设计并制造了带有自纠错功能的电路开关。该器件由三层结构组成：凝胶驱动层、粘附层与导电层。三条悬臂分别预编程了不同的恢复温度（-15 °C、10 °C和35 °C）。NIR照射时，中臂首先舒展点亮第一盏灯。随着持续光照加热，右臂开始舒展导致短路。利用路径控制，作者采用UV光照可抑制右臂变形，从而消除短路的可能，规避电路故障。随后，切换NIR，驱动左臂点亮第二盏灯。这种基于实时形变干预的纠错机制，在材料层面实现了电子器件的主动安全防护，展现出所建立机制对材料的灵活调控能力。

图5：带有纠错模式的功能开关。

总体而言，该研究通过正交光控实现了材料变形路径的实时调控。近红外光触发脂肪酸的熔融，驱动动态网络的顺序形状回复；与此同时，紫外光诱导二硫键交换反应，从而以无需外力的方式实时锁定结构。该设计使聚合物网络能够独立于预设编程之外进行按需控制。相较于传统形状记忆聚合物，具有更高的灵活性与环境适应性。

该研究得到了中国科协青年人才托举工程，国家自然科学基金委以及宁波市自然基金项目的资助。（来源：科学网）

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