Abstract
Photoresponsive Liquid Crystalline Networks (LCNs) convert light into mechanical energy to realize reversible and complex shape changes, exploitable in soft robotics, actuators, surface haptics, photo-controlled microfluidic and artificial muscles. More specifically, they can generate large and reversible actuation through a liquid crystal-isotropic phase transition. Massive leaps forwards have been made in the design of new materials to achieve very complex and sophisticated 3D movements but further improvements are required, especially to get: 1) easier approaches to control the orientation of liquid crystal domains; 2) LCNs designed to be more compatible with commonly used polymer processing; 3) reprogrammable and reshapable LCNs. In this project, we will exploit photoresponsive LCNs processed by electrospinning, which we propose as a scalable and straightforward technology capable of both improving actuation performance and simplifying the manufacturing step of mesogen orientation. Together with traditional covalently crosslinked LCNs, new reshapable and reprocessable LCNs based on dynamic H-bonds will be developed. - Il progetto ALICE mira allo sviluppo di attuatori soft ad alte prestazioni attraverso la combinazione di polimeri liquido-cristallini (Liquid Crystalline Networks, LCN) e della tecnologia di electrospinning. Questo approccio innovativo consente di ottenere un elevato grado di allineamento dei mesogeni direttamente durante il processo di fabbricazione, permettendo di raggiungere significative deformazioni meccaniche senza ricorrere ai tradizionali trattamenti di orientamento e post-processo. Il progetto si propone inoltre di sviluppare materiali riprocessabili e autoriparanti sfruttando interazioni supramolecolari. Tali avanzamenti sono finalizzati a migliorare la scalabilità e l’efficienza dei materiali fotoresponsivi destinati ad applicazioni nel campo della soft robotics e dell’ingegneria industriale.
Risultati raggiunti
Il progetto ALICE ha raggiunto con successo il proprio obiettivo principale: sviluppare nuovi LCN fotoresponsivi per applicazioni come attuatori, utilizzando una tecnica di electrospinning scalabile e riproducibile. I principali risultati ottenuti sono riassunti di seguito. 1. Sintesi di LCN processabili e riprogrammabili a) LCN covalenti: sono stati sintetizzati con successo oligomeri diacrilati a catena principale, sia lineari sia parzialmente ramificati. b) LCN non covalenti: sono stati sviluppati diversi sistemi basati su interazioni supramolecolari, tra cui LCN a catena principale a base poliuretanica, materiali contenenti gruppi ionici (comonomeri a coppia ionica) e sistemi contenenti gruppi zwitterionici. 2. Processamento mediante electrospinning a) LCN covalenti: iIl team ha testato oltre 40 diverse formulazioni per ottimizzare il processo di electrospinning coupled with photocrosslinking (EScPC), ovvero l’elettrofilatura accoppiata alla fotoreticolazione. Grazie all’impiego di un collettore cilindrico rotante è stato possibile ottenere fibre liquido-cristalline organizzate in monodomini orientati, una caratteristica fondamentale per indurre variazioni di forma su scala macroscopica. b) LCN non covalenti: anche i sistemi a catena principale a base poliuretanica sono stati processati con successo mediante electrospinning, dimostrando la versatilità dell’approccio sviluppato. 3. Proprietà di attuazione dei LCN a) LCN covalenti: sono state dimostrate sia l’attuazione termica sia quella fotoindotta. I materiali hanno mostrato una deformazione del 56% sotto carico e, aspetto ancora più rilevante, una deformazione superiore al 30% in assenza di carico. Questo risultato rappresenta un importante avanzamento rispetto agli LCN convenzionali, poiché elimina la necessità dei trattamenti di stiramento e orientamento normalmente richiesti dopo la sintesi. Sono state inoltre dimostrate la durabilità del sistema e la possibilità di scalare il processo produttivo. b) LCN non covalenti: è stata studiata l’attuazione termica di questi materiali, dimostrando un comportamento di memoria di forma unidirezionale (one-way shape memory), che apre interessanti prospettive per lo sviluppo di attuatori reversibili e materiali intelligenti.Project details
Unibo Team Leader: Chiara Gualandi
Unibo involved Department/s:
Dipartimento di Chimica "Giacomo Ciamician"
Coordinator:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Total Eu Contribution: Euro (EUR) 202.360,00
Total Unibo Contribution: Euro (EUR) 78.124,00
Project Duration in months: 24
Start Date:
16/10/2023
End Date:
28/02/2026
