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Chem. Eur. J. :液晶彈性體的結構引發智能綜述2023-08-05
液晶彈性體(Liquid crystal elastomers)是一類具有弱刺激、強響應的理想型軟物質形變材料,廣泛應用于軟體機器人、可穿戴設備、人工肌肉和組織工程等高精尖領域。該材料具有三大優勢:(1)可逆的雙向形狀記憶功能;(2)快速和大幅度的形變(形變量:20~80%);(3)聚合物基質中液晶基元排列和宏觀形變的可編程性。液晶彈性體的驅動智能和先進功能取決于結構的智能性和獨特性,目前,結構引發的智能性已成為該領域的新興研究熱點。

近日,東南大學楊洪教授課題組在《歐洲化學》發表綜述,回顧并總結了近年來液晶彈性體的結構引發智能研究進展,討論了結構特性與液晶基元取向排列間的協同機制,并對結構引發智能的未來發展進行了展望。

 

 

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用于液晶彈性體領域的結構可分為常規結構(薄膜狀、纖維狀和管狀)、智能結構(折紙剪紙、機械超材料、拓撲)和復雜結構(單組分結構和組裝結構)三大類。常規結構被用于構建復雜形變模式、多樣化運動和自主化行為。智能結構致力于賦予材料新奇和非常規的形變功能,例如機械超材料的拉漲功能。復雜結構則側重于多個功能部件的組裝,對接軟體智能器件的設計和應用。結構引發的智能性主要包括一維到三維形狀的轉換、多模式運動、不同介質中的運動、高速運動、自適應、自維續和物理智能。而智能性和功能性的提升又進一步推動液晶彈性體在軟體機器人、智能驅動器、人工肌肉、能量耗散和光學設備領域的科技進步。

未來發展方面,大量的智能結構、雙穩態結構和張拉結構的驅動特性未被研究,如何耦合結構特性與液晶彈性體編程性是一大關鍵挑戰。功能應用方面,自主性運動有望成為軟體機器人發展的主要趨勢,結構引發智能性應對焦特定功能場景,例如農業、隔熱、室內設計和房間聲學等。另外,整合結構最具應用前景,一方面“揚長避短”,針對需求大形變特性且不要求力學強度的功能場景,例如可驅動微流控、觸覺器件和自清潔涂層等;另一方面,通過化學創新和結構設計,提升材料力學性能,使液晶彈性體材料取代傳統驅動組件(例如,氣動/流體驅動的人工肌肉、電動馬達),進而提升人機交互場景的安全性、輕便性和靈活性。

文信息

Structure-induced Intelligence of Liquid Crystal Elastomers

Zhen-Zhou Nie, Meng Wang, Hong Yang*

博士研究生聶振洲為論文的第一作者,王猛副研究員為論文的第二作者,東南大學楊洪教授為論文的通訊作者,感謝國家自然科學基金(21971037)和科技部重點研發計劃(2022YFA1405000)對本工作的資助。

Chemistry – A European Journal?

DOI:?10.1002/chem.202301027

 

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