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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生可逆的大的形變明顯的顏色變化。當被制成一維LCE纖維時,其結構的高長比和大比表面積進一步帶來特殊優勢,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出靈活的性和優異的響應性能。近年來,隨著先進制造技術的發展,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LCE纖維進行系統綜述,以便更深入地了解其發展歷程及潛在應用。首先,介紹了LCE纖維的發展歷史和研究意義。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纖維結構、響應性和變形特性并詳細闡述了每種制備方法的優缺點。隨后,總結了LCE纖維在驅動器、人工肌肉、軟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纖維發展過程面臨的局限性和挑戰,并對該領域的未來研究方向進行展望。具體而言,包括提升驅動響應速度、優化驅動力學性能、探索新型驅動模式、增強多功能性以及推動跨學科研究等。


1 LCE纖維的制備方式、刺激類型和應用概要圖


2 LCE纖維的刺激響應機理


該綜述以《Smart liquid crystal elastomer fibers》為題,發表在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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