研究人员利用针织技术增材制造液晶弹性体驱动器
柔性驱动器具有柔性和适应性，相较于传统的刚性驱动器能够更好地与脆弱物体或生物体进行安全交互，适应复杂的动态环境。在众多用于构筑柔性驱动器的智能材料中，液晶弹性体（LCE）因其能够在外部刺激下发生取向变化，产生大幅度可逆形变而引人关注。然而，目前增材制造方法通常引入化学交联来固定LCE网络，一旦成型难以二次加工和回收利用。如何制备具有特定三维形变能力且可完全回收的LCE驱动器仍具挑战。为此，清华大学化学系杨忠强课题组首次提出了基于针织技术增材制造LCE驱动器的策略。
图1.（a）针织结构LCE驱动器的制备、拆解和再针织过程；（b）正针及（c）反针LCE针织环的结构及内部扭矩示意图
课题组首先利用熔融纺丝技术连续制备了沿纤维长轴取向的LCE纤维，随后通过商用针织机加工成含有不同针织组织的LCE织物。由于针织结构由单根连续纤维通过物理缠结组成，LCE驱动器可以被拆解，并重新针织成其他结构，实现反复加工和回收利用。
图2.（A-D）模块化构筑具有复杂形变模式的LCE驱动器。（E-G）通过多种织物加工技术实现LCE驱动器结构与功能的拓展
在形成针织环后，LCE纤维发生三维形变，导致针织环结构中存在内部扭矩。这两种针织环可以进一步组合为具有不同结构的针织组织，并调控织物结构中的扭矩。将不同针织组织沿着预设路径进行组合，则可赋予LCE驱动器丰富的几何结构和形变能力。通过其他针织技法及织物加工技术，还可对针织结构LCE驱动器的结构与功能进行进一步的调控。相较于其他LCE取向成型技术，针织技术有着成熟的工业应用历史。因此，如能进一步匹配工业针织技术的相关参数和需求，有望批量制备具有特定几何形状和可控形变能力的LCE驱动器。此外，针织结构LCE驱动器的多孔结构和软弹性可以提供更舒适的人机交互体验。通过与其他功能纤维和智能织物结合，针织结构LCE驱动器有望作为一个可驱动的、具有高集成度的可穿戴平台，应用于运动辅助、人机交互等领域。
近日，相关成果以“基于针织技术增材制造液晶弹性体驱动器”（Additive manufacturing of liquid crystal elastomer actuators based on knitting technology）为题发表于《先进材料》（Advanced Materials）。
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