热塑性弹性体（Thermoplastic Elastomer, TPE）兼具橡胶的高弹性与塑料的可加工性，具有加工便捷、可循环利用、能耗低、环境友好等显著优势，是典型的高端高分子材料。液晶弹性体（Liquid Crystal Elastomers, LCEs）作为一类智能软物质材料，凭借其优异的刺激响应特性，当前在柔性致动器、仿生机器人等领域备受关注。尽管实验室研究已验证了LCE在器件层面的巨大潜力，但规模化制备中的“效益控制”与“工艺简化”难题，仍制约其商业化进程。

  聚苯乙烯热塑性弹性体（TPS）是全球产量最大、应用最广的TPE。依托成熟的活性阴离子聚合技术，我国已具备万吨级TPS工业化生产能力，为其向高端化发展奠定了坚实基础。当前，随着上游苯乙烯、丁二烯等大宗原料产能趋于过剩，依托“原料-聚合-改性-应用”全产业链贯通优势，发展高端聚合物材料已成为化工行业转型升级的必然选择。以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）为代表的TPS材料，广泛应用于鞋底、密封构件、改性沥青等传统领域，亟需通过分子工程与结构调控向专用化、高端化转型。这不仅契合“双碳”背景下传统材料产业升级的需求，也为拓展其在新能源、智能装备等新兴领域的应用提供了新机遇。

  本论文提出SBS基液晶弹性体（SBS-LCE），具有两大突出优势：（1）SBS作为成熟的TPS，价廉易得、供应稳定；（2）其本征的微相分离结构赋予所制LCE材料优异的力学性能，可在液晶相下进行拉伸，且通过随后的一步链交联反应即制得单畴驱动器，这与常用的两步交联法形成鲜明对比，大幅简化了制备流程。因此，将成熟的SBS工业体系与LCE的智能响应特性有机融合，不仅能够大幅降低LCE的产业化门槛，更有望显著提升传统SBS产品的附加值，为相关产业的高端化转型注入新活力。

  大连理工大学韩丽副教授长期深耕活性阴离子聚合合成橡胶与弹性体的理论研究及应用转化，依托深厚的技术积累，持续推动由传统应用领域向高技术前沿场景拓展，助力合成橡胶与弹性体实现高质量、可持续的升级发展。近期，韩丽联合舍布鲁克大学赵越教授进一步发掘了SBS-LCE更具吸引力的优势—无需交联步骤即可轻松制得液晶弹性体驱动器。通过对SBS微相分离结构的深入解析，提出了一种可逆相平衡演化机制：温度处于聚苯乙烯嵌段玻璃化转变温度（T_g^PS）~ 165 ℃区间时，玻璃态PS纳米域发生部分解聚集并向高弹态转变；当温度回降至T_g^PS以下，解聚的PS链段可重新聚集，构筑新的相分离结构。这种独特的相转变机制引发我们进一步思考：能否以动态PS纳米域作为自锁定网络来构筑SBS-LCE柔性驱动器？但该体系存在两大核心挑战：1）热力学稳定性—需要将液晶-各向同性相转变温度（T_LC-I）维持在T_g^PS以下，以在反复经历高于/低于T_LC-I的驱动循环中保留LCE网络的完整性；2）动力学竞争—对处于拉伸应变下的SBS-LCE条带进行降温时，在分子链段重构的相互竞争过程中，该物理交联体系能否有效实现液晶基元的宏观取向固定，仍有待探究。

  相关研究以Crosslinking-free preparation of thermoplastic triblock liquid crystal elastomer actuators为题发表在《Journal of Materials Chemistry A》，DOI: 10.1039/d6ta01517d，大连理工大学化工学院博士研究生刘亭及杨佳欣为文章共同一作，大连理工大学韩丽副教授与加拿大舍布鲁克大学赵越教授为文章通讯作者。

  本研究证实了SBS-LCE仅依靠本征的动态PS纳米域即可实现稳定的液晶取向，无需引入额外的交联结构。这一发现表明，热塑性LCE体系可同时实现驱动性能与可再加工性。这种简便的无交联制备方法，也代表了一种可推广至类似三嵌段或多嵌段共聚物基LCE的通用机制。

图1 （a）SBS/PB基LCE的先前研究总结（b）热塑性SBS基LCE的结构示意图及无交联策略的取向过程

  本文首先对聚丁二烯（PB）/ SBS基液晶弹性体的相关报道进行了系统梳理与总结，发现仍有两个关键问题尚未解决：1）对于SBS-LCE，当拉伸温度高于T_LC-I时，液晶基元与主链的取向行为是怎样的？2）如何将这种特殊拉伸模型形成的非共线正交有序构型进一步转化为宏观的复杂形变？此外，相关体系均为共价交联，使得所制致动器不可回收及再编程。针对上述，本工作开展了相关补充研究，并进一步开发了热塑性SBS-LCE驱动器。利用SBS相分离形成的PS纳米域作为自锁定网络，仅通过在高温下拉伸，使液晶基元处于各向同性相、PS纳米域处于橡胶态，随后在冷却过程中，处于拉伸状态的LCE条带便可实现液晶基元的单畴排列，并被重构的玻璃态PS域锁定。

图2 （a）不同M_m/M_b投料比下所得AZO-LCE的DSC曲线 （b）在90 ℃与室温之间进行多次循环后SBS-AZO90-0:5单畴条带的原位偏振光谱对比 （c）2D-WAXD测试以表征液晶取向的可逆性 （d）在80 ℃与室温之间进行多次循环后SBS-AZO90-1:5单畴条带的原位偏振光谱对比 （e）在120 ℃与室温之间进行多次循环后SBS-AZO90-1:5单畴条带的原位偏振光谱对比

  实验证实了玻璃态PS纳米域可作为体系的自锁定物理网络，但为保证 LCE网络在多次驱动循环中保持完整，要求T_LC-I与T_g^PS间有较宽的温度区间。

图3 （a）动态微相分离结构的原位SAXS衍射曲线 （b）可逆相平衡机制示意图 （c）SBS基LCE的自锁机制示意图 （d）类拉胀驱动及正交取向构型

  本研究采用SAXS探究了SBS微相分离结构随温度的动态变化（图 3a），结果表明，在编程温度120 ℃下，残留的玻璃态PS相与PB相仍呈相分离状态，这也验证了前面所提出的可逆相平衡机制（图3b）。进一步，利用动态PS域的自锁能力及支撑能力即可实现主链与液晶侧基间的非共线正交构型，并促成具备类拉胀行为的驱动器。

图4 （a）模块化AZO-LCE致动器的制备过程 （b）模块化SBS-AZO90-1:5致动器在热弛豫温度为70 °C，切割角度分别为?45°/+45°和0°/90°时的多维驱动形变

  将两条单畴AZO-LCEs条带进行焊接即可轻松制得模块化驱动器。制备过程中，当在70 °C对条带进行热松弛时，模块化驱动器在靠近T_LC-I的激活温度下即可表现出多模态变形（如手性扭转和卷曲变形，图4）。具有非线性运动特性的双层致动器可为机器人提供更高的灵活性和自适应性。通过选择性加热，“左手”可展示多种手势；通过合理编程，“右手”可实现握拳动作并在此过程中展示手势1（图5）。

图5 （a）仿生左手的制作过程及其展示的各种手势（b）可程序化变形的仿生右手

  制备模块化驱动器的过程中，当在50 °C进行对条带进行热松弛时，一个有趣的现象发生了：双层致动器发生了双向反转变形（手性螺旋反转和卷曲反转）。基于此，两个“运动员”可以摆动双腿完成单杠悬垂锻炼身体的动作（图6）。

图6 （a）模块化SBS-AZO90-1:5致动器在热弛豫温度为50 °C，切割角度分别为?45°/+45°和0°/90°时的双向反转形变（b）两名“运动员”完成单杠悬垂锻炼动作

  综上，依托SBS基材优异的加工特性与结构可设计性，热塑性液晶弹性体材料SBS-LCE的开发与优化，极大推动了液晶弹性体从实验室基础研究走向工业化生产的进程，对促进智能驱动、柔性机器人、智能穿戴等前沿领域的技术革新具有重要的现实价值与发展意义。

  论文信息：

  Ting Liu, Jiaxin Yang, Jie Jiang, et al. Crosslinking-free preparation of thermoplastic triblock liquid crystal elastomer actuators[J]. J. Mater. Chem. A, 2026. DOI: 10.1039/d6ta01517d.

  https://doi.org/10.1039/D6TA01517D