液晶弹性体因响应速度快、驱动应变大，被广泛关注用于医疗器械、传感器和环境探测等软体驱动领域。要让其具备良好的可逆驱动性能，必须同时满足两大条件——合理的几何设计和精确的液晶分子取向编程。现有的取向编程方法，现有方法如光固化、机械拉伸、场致取向等均存在几何受限、加工条件苛刻或空间精确控制难度大等问题，制约了复杂三维结构驱动器的制备。

  近日，浙江大学化工学院郑宁研究员团队在液晶弹性体（LCE）驱动器的制造领域取得重要突破，提出了一种基于受控自由基扩散的全新编程方法。该技术实现了对任意几何结构的液晶弹性体精准取向固定，使材料具备可逆驱动能力，被形象地称为“变形即走（deform-and-go）”策略。这一成果为软体机器人、可穿戴设备和智能材料的开发开辟了新的路径。

图1 通过自由基扩散实现液晶弹性体取向编程

  研究团队发现，只需将液晶弹性体在室温下浸泡于含过硫酸铵（APS）的水溶液中，APS生成的硫酸根自由基便可全方位渗透到材料内部，与残留的丙烯酸基团发生化学交联，从而固定分子取向。这一过程无需加热、光照或外力固定，且材料本身的疏水性防止了水致膨胀，保证了复杂变形结构在编程过程中的稳定性。实验表明，该方法适用于3D打印、模压、浮雕甚至折纸结构的液晶弹性体，并能在几小时内完成高效取向固定。

图2 通过自由基扩散编程液晶弹性体材料的驱动性能

  材料在单轴预拉伸后可实现接近110%的可逆驱动应变，并在高达140 ℃的环境下仍保持稳定性能。与动态化学键固定法相比，该方法的热稳定性明显提升。团队还优化了材料配方和浸泡条件，确定了最佳APS浓度、交联剂比例及丙烯酸基团含量，使驱动应变与编程效率达到平衡。

图3 三维液晶弹性体驱动器的成型制造

  该方法的几何“无感知”特性，使得复杂结构的驱动设计成为可能，包括实现DLP打印出的复杂液晶弹性体模型在编程后可实现稳定可逆变形；可通过模具一次性成型并赋予驱动功能，如鳄鱼、海星造型；通过局部厚度变化实现图案在三维结构上的可逆显隐等。特别值得一提的是，该方法能在复杂折痕和局部区域自由编程，甚至实现局部3D形态间的相互转换，为多模式软体机器人设计提供了新的可能。

图4 折纸液晶弹性体驱动器

  研究团队认为，这一“变形即走”策略适用于大多数丙烯酸基液晶弹性体体系，可推广至个性化定制与批量化生产，尤其适合软体机器人、可穿戴柔性器件、智能传感以及空间可展开结构等领域。该成果不仅在技术上解决了长期困扰LCE驱动器设计的几何限制问题，也在理念上展示了软体机器人“从形到能”的新路径，为智能材料科学注入了新的活力。

  为了推动此项技术的应用，团队与杭州之江有机硅化工有限公司/杭州之江新材料有限公司的邢浩博士开展了深入合作，围绕着新型弹性体的工艺优化和性能提升展开了研究。研究团队感谢杭州之江有机硅化工有限公司在设备、场景与技术交流方面的支持。团队表示，未来将继续探索弹性体技术应用潜力，结合材料体系优化与结构设计，推动该技术向工程化与实用化发展。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62883-8