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清華大學楊忠強課題組 Matter 綜述：智能液晶彈性體纖維
2025-02-06  來源：高分子科技

  液晶彈性體（LCEs）具有本征各向異性，能夠響應外部刺激而發(fā)生可逆的大的形變或明顯的顏色變化。當被制成一維LCE纖維時，其結構的高長徑比和大比表面積進一步帶來特殊優(yōu)勢，在驅動器、人工肌肉、軟體機器人和力學傳感器等應用中展現(xiàn)出靈活的構筑性和優(yōu)異的響應性能。近年來，隨著先進制造技術的發(fā)展，LCE纖維的制備與性能研究取得了顯著的進展。


  為此，清華大學化學系楊忠強課題組對LCE纖維進行了系統(tǒng)綜述，以便更深入地了解其發(fā)展歷程及潛在應用。首先，介紹了LCE纖維的發(fā)展歷史和研究意義。其次，介紹了LCE纖維的刺激響應原理。按照液晶基元的排列方式，LCE纖維被分為軸向取向的LCE纖維和螺旋取向的LCE纖維（膽甾相LCE纖維）。前者在外界刺激下通常發(fā)生可逆大幅形變，包括熱基刺激（熱、光、電）和非熱刺激（氣壓）；后者可在外界刺激作用下發(fā)生明顯的顏色變化，目前研究廣泛的為機械力刺激。接著，重點討論了LCE纖維的制備方法，包括熔融紡絲、干法紡絲、濕法紡絲、靜電紡絲和模板法，分析了得到的LCE纖維的結構、響應性和變形特性，并詳細闡述了每種制備方法的優(yōu)缺點。隨后，總結了LCE纖維在驅動器、人工肌肉、軟體機器人和力致變色傳感器領域的研究與應用進展，揭示它們作為新興智能材料的重要地位和作用。最后，討論了LCE纖維發(fā)展過程中面臨的局限性和挑戰(zhàn)，并對該領域的未來研究方向進行了展望。具體而言，包括提升驅動響應速度、優(yōu)化驅動力學性能、探索新型驅動模式、增強多功能性以及推動跨學科研究等。


圖1 LCE纖維的制備方式、刺激類型和應用概要圖


圖2 LCE纖維的刺激響應機理


該綜述以《Smart liquid crystal elastomer fibers》為題，發(fā)表在Matter上。清華大學化學系博士生馬佳哲為第一作者，楊忠強副教授為通訊作者。以上工作得到清華大學篤實基金的資助。




  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.101950

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（責任編輯：xu）
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