清华大学杨忠强课题组 Matter 综述：智能液晶弹性体纤维

2025-02-06 来源：高分子科技

液晶弹性体（LCEs）具有本征各向异性，能够响应外部刺激而发生可逆的大的形变或明显的颜色变化。当被制成一维LCE纤维时，其结构的高长径比和大比表面积进一步带来特殊优势，在驱动器、人工肌肉、软体机器人和力学传感器等应用中展现出灵活的构筑性和优异的响应性能。近年来，随着先进制造技术的发展，LCE纤维的制备与性能研究取得了显著的进展。

为此，清华大学化学系杨忠强课题组对LCE纤维进行了系统综述，以便更深入地了解其发展历程及潜在应用。首先，介绍了LCE纤维的发展历史和研究意义。其次，介绍了LCE纤维的刺激响应原理。按照液晶基元的排列方式，LCE纤维被分为轴向取向的LCE纤维和螺旋取向的LCE纤维（胆甾相LCE纤维）。前者在外界刺激下通常发生可逆大幅形变，包括热基刺激（热、光、电）和非热刺激（气压）；后者可在外界刺激作用下发生明显的颜色变化，目前研究广泛的为机械力刺激。接着，重点讨论了LCE纤维的制备方法，包括熔融纺丝、干法纺丝、湿法纺丝、静电纺丝和模板法，分析了得到的LCE纤维的结构、响应性和变形特性，并详细阐述了每种制备方法的优缺点。随后，总结了LCE纤维在驱动器、人工肌肉、软体机器人和力致变色传感器领域的研究与应用进展，揭示它们作为新兴智能材料的重要地位和作用。最后，讨论了LCE纤维发展过程中面临的局限性和挑战，并对该领域的未来研究方向进行了展望。具体而言，包括提升驱动响应速度、优化驱动力学性能、探索新型驱动模式、增强多功能性以及推动跨学科研究等。

图1 LCE纤维的制备方式、刺激类型和应用概要图

图2 LCE纤维的刺激响应机理

该综述以《Smart liquid crystal elastomer fibers》为题，发表在Matter上。清华大学化学系博士生马佳哲为第一作者，杨忠强副教授为通讯作者。以上工作得到清华大学笃实基金的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.101950

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（责任编辑：xu）

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