自然界中许多植物依赖湿度变化来可逆改变自身形状，从而实现一系列生理过程。相比之下，受制于材料设计策略与制备工艺，人工合成的湿度响应致动器变形行为相对单一。如何提升变形复杂度与灵活度具有重要意义。

基于上述背景，陕西师范大学化学化工学院江金强教授与李果副研究员课题组通过正交设计，以羧基改性的聚(苯乙烯-b-乙烯-co-丁二烯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物为基底，偶氮衍生物为功能性填料制备复合弹性体薄膜。一方面，偶氮衍生物小分子受紫外光照时会快速由反式变为顺式，使其形成的晶区破坏；光照后又逐渐转变回反式，从而重构晶区。利用这一过程，以晶区的可逆破坏与重构来储存与释放应变，实现了光响应形状记忆功能。另一方面，通过酸/碱处理诱导羧基可逆转变为羧酸根，从而显著改变材料表面吸湿性，有效调控了湿度响应致动行为。进一步利用形状记忆功能编程材料形状，实现了不同模式的湿度响应复杂三维变形（图1）。

图1 复合弹性体的光响应形状记忆与湿度响应致动行为及其围观结构示意图。

合成的偶氮衍生物小分子会在光照下通过顺-反异构转变快速液化，所制备的弹性体也会发生相应的颜色改变（图2a）。DSC和XRD结果都表明光照后偶氮小分子晶区发生破坏（图2b,2c）。进一步通过光照控制晶区的破坏与重构，实现了弹性体的形状编程（图2d）。

图2 (a) 偶氮小分子的光致液化行为；偶氮小分子和弹性体光照前后的 (b) DSC和 (c) XRD曲线；(d) 弹性体光响应形状编程过程。

      通过表面酸碱处理，显著改变材料表面吸湿性，进而实现湿度响应可逆弯曲变形行为（图3a）。FTIR谱图证实了表面吸湿性的变化源于羧基-羧酸根的可逆转变（图3b）。进一步结合形状记忆和可编程湿度响应致动功能，实现了多模式复杂三维变形（图4）。

图3 (a) 表面酸/碱处理赋予弹性体可编程湿度响应致动行为；(b) 弹性体酸/碱处理前后的FTIR谱图。

图4 结合形状编程与表面处理，实现多模式湿度响应复杂三维变形。

      该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science的"Dynamic Polymer Networks"专辑。崔祥茜硕士研究生和尚莉硕士研究生是该论文的第一作者，江金强教授和李果副研究员为通信联系人。

原文信息：

A Composite Elastomer with Photo-responsive Shape Memory and Programmable Hygroscopic Actuation FunctionalitiesCui, X. X.; Shang, L.; Liu, Z. W.; Liu, Z. T.; Jiang, J. Q.; Li, G.Chinese J. Polym. Sci. 2024, 42, 1470–1478.DOI: 10.1007/s10118-024-3187-4