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Chem. Eur. J. :液晶弹性体的结构引发智能综述2023-08-05
液晶弹性体(Liquid crystal elastomers)是一类具有弱刺激、强响应的理想型软物质形变材料,广泛应用于软体机器人、可穿戴设备、人工肌肉和组织工程等高精尖领域。该材料具有三大优势:(1)可逆的双向形状记忆功能;(2)快速和大幅度的形变(形变量:20~80%);(3)聚合物基质中液晶基元排列和宏观形变的可编程性。液晶弹性体的驱动智能和先进功能取决于结构的智能性和独特性,目前,结构引发的智能性已成为该领域的新兴研究热点。

近日,东南大学杨洪教授课题组在《欧洲化学》发表综述,回顾并总结了近年来液晶弹性体的结构引发智能研究进展,讨论了结构特性与液晶基元取向排列间的协同机制,并对结构引发智能的未来发展进行了展望。

 

 

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用于液晶弹性体领域的结构可分为常规结构(薄膜状、纤维状和管状)、智能结构(折纸剪纸、机械超材料、拓扑)和复杂结构(单组分结构和组装结构)三大类。常规结构被用于构建复杂形变模式、多样化运动和自主化行为。智能结构致力于赋予材料新奇和非常规的形变功能,例如机械超材料的拉涨功能。复杂结构则侧重于多个功能部件的组装,对接软体智能器件的设计和应用。结构引发的智能性主要包括一维到三维形状的转换、多模式运动、不同介质中的运动、高速运动、自适应、自维续和物理智能。而智能性和功能性的提升又进一步推动液晶弹性体在软体机器人、智能驱动器、人工肌肉、能量耗散和光学设备领域的科技进步。

未来发展方面,大量的智能结构、双稳态结构和张拉结构的驱动特性未被研究,如何耦合结构特性与液晶弹性体编程性是一大关键挑战。功能应用方面,自主性运动有望成为软体机器人发展的主要趋势,结构引发智能性应对焦特定功能场景,例如农业、隔热、室内设计和房间声学等。另外,整合结构最具应用前景,一方面“扬长避短”,针对需求大形变特性且不要求力学强度的功能场景,例如可驱动微流控、触觉器件和自清洁涂层等;另一方面,通过化学创新和结构设计,提升材料力学性能,使液晶弹性体材料取代传统驱动组件(例如,气动/流体驱动的人工肌肉、电动马达),进而提升人机交互场景的安全性、轻便性和灵活性。

文信息

Structure-induced Intelligence of Liquid Crystal Elastomers

Zhen-Zhou Nie, Meng Wang, Hong Yang*

博士研究生聂振洲为论文的第一作者,王猛副研究员为论文的第二作者,东南大学杨洪教授为论文的通讯作者,感谢国家自然科学基金(21971037)和科技部重点研发计划(2022YFA1405000)对本工作的资助。

Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202301027

 

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