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清華大學(xué)楊忠強(qiáng)課題組 Matter 綜述:智能液晶彈性體纖維
2025-02-06  來(lái)源:高分子科技

  液晶彈性體(LCEs)具有本征各向異性,能夠響應(yīng)外部刺激而發(fā)生可逆的大的形變明顯的顏色變化。當(dāng)被制成一維LCE纖維時(shí),其結(jié)構(gòu)的高長(zhǎng)比和大比表面積進(jìn)一步帶來(lái)特殊優(yōu)勢(shì),在驅(qū)動(dòng)器、人工肌肉、軟體機(jī)器人和力學(xué)傳感器等應(yīng)用中展現(xiàn)出靈活的構(gòu)性和優(yōu)異的響應(yīng)性能。近年來(lái),隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,LCE纖維的制備與性能研究取得了顯著的進(jìn)展。


  為此,清華大學(xué)化學(xué)系楊忠強(qiáng)課題組對(duì)LCE纖維進(jìn)行系統(tǒng)綜述,以便更深入地了解其發(fā)展歷程及潛在應(yīng)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(yīng)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(jī)械力刺激。接著,重點(diǎn)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纖維結(jié)構(gòu)、響應(yīng)性和變形特性并詳細(xì)闡述了每種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)。隨后,總結(jié)了LCE纖維在驅(qū)動(dòng)器、人工肌肉、軟機(jī)器人和力致變色傳感器領(lǐng)域的研究與應(yīng)用進(jìn)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(guò)程面臨的局限性和挑戰(zhàn),并對(duì)該領(lǐng)域的未來(lái)研究方向進(jìn)行展望。具體而言,包括提升驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度、優(yōu)化驅(qū)動(dòng)力學(xué)性能、探索新型驅(qū)動(dòng)模式、增強(qiáng)多功能性以及推動(dòng)跨學(xué)科研究等。


1 LCE纖維的制備方式、刺激類型和應(yīng)用概要圖


2 LCE纖維的刺激響應(yīng)機(jī)理


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




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

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