液晶弹性体纤维的制备与应用

单远航; 胡俊; 王猛

doi:10.7536/PC20250211

化学进展 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (9) :1342-1351 DOI: 10.7536/PC20250211

综述与评论

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液晶弹性体纤维的制备与应用

单远航 ^† ,
胡俊 ^† ,
王猛 ^*

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Fabrication and Application of Liquid Crystal Elastomer Fibers

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摘要

液晶弹性体是一种兼具液晶各向异性和弹性体熵弹性的交联高分子网络，在外部刺激下可实现可逆大变形，是智能材料领域的研究热点。其中，纤维形态的液晶弹性体因高长径比和大比表面积，展现出更高的灵敏度、更大的形变能力以及优异的可逆性、可织性和可编程特性，极大地拓展了其应用潜力。近年来，随着先进制造技术的发展，液晶弹性体纤维的制备方法从传统的提拉法和模板法逐步扩展至熔融纺丝、静电纺丝、湿法纺丝及3D/4D打印等新技术，为其结构设计与性能优化提供了更多可能性，并推动了其在高性能材料领域的广泛应用。本文综述了液晶弹性体纤维的分子结构与制备方法，探讨了其在人工肌肉、软体机器人、智能服装与可穿戴设备中的应用前景，并对其未来发展进行了展望。

Abstract

Liquid crystal elastomers （LCEs） are crosslinked polymer networks that combine the anisotropy of liquid crystals with the entropic elasticity of elastomers. They exhibit reversible large deformations under external stimuli， making them a focal point in smart materials research. Among various forms， LCE fibers， characterized by their high aspect ratio and large specific surface area， demonstrate enhanced sensitivity， greater deformation capacity， and excellent reversibility， weavability， and programmability， significantly broadening their application potential. In recent years， advancements in manufacturing technologies have expanded the fabrication methods of LCE fibers from traditional pulling and templating techniques to advanced spinning technologies such as melt spinning， electrospinning， wet spinning， and emerging 3D/4D printing techniques. These innovations have not only provided more possibilities for structural design and performance optimization of LCE fibers but also promoted their widespread use in high-performance material applications. This article systematically reviews the molecular structure and diverse fabrication methods of LCE fibers， discusses their applications in artificial muscles， soft robotics， smart clothing， and wearable devices， and provides an outlook on the future development of LCE fibers.

Contents

1 Introduction

2 Molecular structures of liquid crystal elastomer fiber

3 Fabrication technology of liquid crystal elastomer fiber

3.1 Pultrusion method

3.2 Template method

3.3 Printing method

3.4 Spinning method

3.5 Microfluidic method

4 Application of liquid crystal elastomer fiber

4.1 Artificial muscles

4.2 Soft robots

4.3 Intelligent textiles

5 Conclusion and outlook

Graphical abstract

关键词

液晶弹性体 / 纤维 / 软体机器人 / 人工肌肉

Key words

liquid crystal elastomer / fiber / soft robot / artificial muscle

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单远航, 胡俊, 王猛. 液晶弹性体纤维的制备与应用[J]. 化学进展, 2025, 37(9): 1342-1351 DOI:10.7536/PC20250211

Shan Yuanhang, Hu Jun, Wang Meng. Fabrication and Application of Liquid Crystal Elastomer Fibers[J]. Progress in Chemistry, 2025, 37(9): 1342-1351 DOI:10.7536/PC20250211

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1 引言

作为重要的新型智能材料之一，液晶弹性体（liquid crystal elastomer， LCE）是由液晶单体通过适度交联形成的高分子弹性体，兼具液晶的有序性和聚合物网络的熵弹性^[1-2]。这种独特的材料结构使得液晶弹性体在受到热、光、电、磁场等外部刺激时，能够从液晶相转变为各向同性相，从而诱导材料发生宏观形变，如伸缩、弯曲和扭曲等^[3-5]。当外部刺激被移除后，液晶弹性体又能从各向同性相恢复到液晶相，重新回到原始形状，展现出双向形状记忆效应。基于其大形变量、高形变可逆性以及独特的结构性能，液晶弹性体在软体机器人、人工肌肉、柔性传感器和可穿戴设备等多个领域展现出了广阔的应用前景^[6-8]。

在液晶弹性体材料的众多结构形态中，如薄膜、纤维、折纸和拓扑结构等，纤维因其独特的物理特性脱颖而出^[9-10]。纤维具有高长径比和大比表面积，这使得液晶弹性体在响应外部刺激时表现出更高的灵敏度和更大的形变能力^[11-17]。此外，纤维结构通常具有高强度、高韧性和低刚度，使其在承受外力时展现出良好的柔韧性和适应性^[18-24]。更重要的是，液晶弹性体纤维可以通过编织、缠绕等方式实现复杂的三维形状，为驱动器设计提供了更高的自由度^[25-29]。这些特性使得液晶弹性体纤维在软体机器人、人工肌肉、智能服装和可穿戴设备等领域展现出巨大的应用潜力^[30-38]。本文综述了液晶弹性体纤维的常见分子结构及其制备方法；深入探讨了液晶弹性体纤维在人工肌肉、软体机器人、智能服装与可穿戴设备方面的应用；并对液晶弹性体纤维的发展前景进行展望。本文旨在全面梳理液晶弹性体纤维的最新研究进展，进一步推动其在不同领域的应用拓展。

2 液晶弹性体纤维的分子结构

液晶弹性体的形变能力与其液晶基元的取向密切相关，因此在制备液晶弹性体材料时，高分子合成方法与取向技术的兼容性成为关键因素。液晶弹性体的制备是通过化学反应使液晶单体聚合为分子链，再经适当交联形成三维网络结构。根据制备流程的不同，液晶弹性体的合成方法可分为一步法和两步法^[39-42]。一步法是指一步交联反应直接形成交联网络，将液晶单体、交联剂等原料混合后，通过表面取向、场取向等技术对混合物进行取向，随后利用光或热引发聚合，快速形成具有取向的液晶弹性体。两步法是指分步进行交联反应形成交联网络，通常先将液晶单体与交联剂进行预聚，形成低聚物，然后通过机械取向、剪切取向等技术对低聚物进行取向，最后执行第二次交联反应，制备出具有取向的液晶弹性体。一步法省略了低聚物的制备环节，因而操作简单、周期短，但受液晶盒尺寸的限制，所得材料通常尺寸较小。而两步法由于先制备前驱体，然后取向并完成二次交联，因此可以更精确地控制液晶弹性体的结构和性能，但操作步骤较多，耗时较长。

液晶弹性体纤维的制备不仅需要考虑化学合成、液晶基元的取向，还需将其整形为纤维形状，因此通常基于两步法合成。早期的研究中，研究人员先通过自由基聚合反应制备含活性基团（如羟基、巯基）的聚合物，然后在聚合物中混入交联剂并进行熔融拉丝，完成交联反应后即可得到单畴液晶弹性体纤维。例如，Naciri等^[43]在2003年报道了首个液晶弹性体纤维驱动器。通过将含有丙烯酸酯基团的液晶单体与末端带有羟基的丙烯酸酯进行共聚，形成聚合物。随后，将这种聚合物与含有双异氰酸酯的交联剂混合，通过熔融拉丝，再进行二次交联，最终制备出具有驱动功能的液晶弹性体纤维。随后，硅氢加成反应^[44]和逐步聚合（缩聚反应）^[45]也被用于液晶弹性体纤维的合成（图1）。

随着高分子合成技术的发展，新的聚合方法不断被引入到液晶弹性体纤维的合成中^[46-49]。例如，巯基-烯点击化学^[50]、巯基-丙烯酸酯迈克尔加成^[51]和胺基-丙烯酸酯迈克尔加成^[52]等反应因其高效性和选择性，已被用于液晶弹性体纤维的制备（图2）。液晶弹性体纤维的制备涉及多种合成方法和取向技术的结合。随着技术的不断进步，新的合成方法和加工技术将为液晶弹性体纤维的性能提升和应用拓展提供更广阔的空间。

3 液晶弹性体纤维的制备技术

在液晶弹性体纤维的制备过程中，选择合适的聚合方法后，如何通过取向技术实现纤维的特定取向是实现其刺激响应性能的关键。受液晶的取向技术发展，如表面取向、机械拉伸、剪切、场取向等技术，液晶弹性体纤维的制造工艺已从传统的机械提拉法发展到多种先进的技术，包括模板法、熔融挤出法、纺丝法和微流体法等^[53]。其中，模板法、直接墨水书写、静电纺丝、干法纺丝是近年来液晶弹性体纤维的常用制备技术。这些技术的出现极大地丰富了液晶弹性体纤维的制造工艺。本章节将系统地阐述液晶弹性体纤维的主要制造工艺。

3.1 提拉法

提拉法是最早发明的液晶弹性体纤维制备技术。由于液晶基元在拉力和剪切力的作用下容易发生沿拉力方向的取向，因此提拉法成为制备液晶弹性体纤维的最常用、最简易的制备方法。如图3a所示，通过使用镊子等带有尖端的工具蘸取液晶弹性体反应液或熔融物后向上提拉，随后在光照或热的条件下发生交联反应，从而得到单畴取向的液晶弹性体纤维^[43]。通过控制反应液的黏度和提拉过程的稳定性，可以改善纤维的表面结构和尺寸均匀性。Yang等^[54]通过巯基-烯点击化学制备了聚硅氧烷主链的侧链型液晶聚合物，通过控制摩尔比并留下多余的巯基，然后加入含双烯基的交联剂，熔融拉丝并完成二次交联获得单畴液晶弹性体纤维（图3b）。Cheng等^[55]将含丙烯酸酯的偶氮苯分子与末端含羟基的丙烯酸酯液晶单体共聚形成聚合物，并将聚合物熔融拉丝得到纤维，随后将纤维浸泡在含二异氰酸酯交联剂的溶液中完成二次交联，实现含偶氮苯基团的液晶弹性体纤维。其在紫外光刺激下显示出远离光源的弯曲形变。除了熔融提拉法，Dong等^[56]报道了溶液提拉法，通过金属牵引器从预聚物的黏性流体中垂直拉伸连续制备液晶弹性体纤维。提拉法操作简便，但液晶弹性体反应液的黏度和提拉过程的稳定性会影响纤维的表面结构，从而纤维的截面形状和尺寸均匀性较差，需合理调控以得到无缺陷的连续纤维。此外，提拉法制备的液晶弹性体纤维尺寸通常有限，难以实现大规模生产。

3.2 模板法

模板法是将液晶弹性体前驱体沉积到模板的孔中或表面，然后移除模板，得到具有模板规范形貌与尺寸的材料。模板的性质决定了液晶弹性体纤维的尺寸和形态，常用的模板包括聚四氟乙烯、硅胶、玻璃等^[53]。由于模板仅赋予材料的形状和尺寸，需通过机械取向技术对液晶基元实现取向，然后二次交联得到液晶弹性体纤维。Yu等^[57]将液晶弹性体混合物注入玻璃毛细管中完成一次交联反应，使用氢氟酸刻蚀玻璃模板后取出多畴液晶弹性体纤维，随后将纤维拉伸取向，并通过紫外光照射引发二次交联得到单畴液晶弹性体纤维。最后将原始液晶弹性体纤维浸泡在CNT/CH₂Cl₂分散溶液（0.5 mg/mL）中进行超声处理，得到含CNT的液晶弹性体纤维，驱动应变达45%。Wang等^[30]将液晶低聚物注入聚四氟乙烯管中进行交联反应，对纤维进行拉伸、加捻，制备了一种液晶弹性体加捻纤维，可提供具有良好重复性的可逆驱动，实现了纤维的旋转变形（图4a）。Geng等^[58]将非手性液晶低聚物和手性掺杂剂注入低密度聚乙烯管中，合成了一种胆甾相液晶弹性体纤维，具有连续、可重复和可预测的力致变色功能（图4b）。模板法操作简便，但模板的去除过程容易对液晶弹性体纤维造成损伤，影响结构完整性和力学性能。在制备过程需要对模板的设计与去除、反应条件等因素进行精准控制，以获得具有优异性能的液晶弹性体纤维。

3.3 纺丝法

纺丝法是通过各种纺织技术将液态或固态的前驱体加工成具有特定结构和性能的纤维。制备液晶弹性体纤维的常用方法包括熔融纺丝、静电纺丝、溶液纺丝。

熔融纺丝是将聚合物加热熔融，通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维。喷丝孔的挤压对液晶基元存在剪切作用，可以对基元取向，然后通过重力、机械牵引等进一步对液晶基元取向。喷丝孔的大小、压力可以调控纤维的尺寸。Hou等^[23]受蜘蛛纺丝的启发，通过熔融纺丝与滚筒牵引技术的结合开发了在温和加工条件下连续、高速制备液晶弹性体微纤维的新技术，制造速度高达8400 m/h，实现了液晶弹性体纤维的规模化生产（图5a、b）。Liao等^[59]采用了改良的熔融纺丝法，使液晶弹性体预聚物在重力作用下拉伸取向、交联成型，制备了一种中空液晶弹性体纤维。通过真空填充液态金属（LM），得到集成驱动与传感功能的LCE-LM同轴纤维，实现了40%的可逆收缩率和良好的耐用性（图5c、d）。熔融纺丝制备液晶弹性体纤维具有设备简单和工艺流程短等优点，适合大规模制备。

静电纺丝的原理是纺丝液在高压电场的作用下高速喷射，溶剂在喷射过程中迅速挥发，最终得到纳米纤维。静电纺丝制备液晶弹性体纤维受到液晶弹性体前驱体的黏度和黏弹性、电场性质、环境的温度和湿度等因素的影响^[36]。液晶弹性体的流变学特性影响纤维的喷射和形成，进而影响液晶弹性体纤维的形貌和性能，同时电场的强度等性质影响液晶基元的取向，从而影响液晶弹性体纤维的可逆形变能力和力学性能^[60]。He等^[37]采用静电纺丝技术制备了一种液晶弹性体纤维，直径为10~100 µm。在静电纺丝的过程中，液晶弹性体前驱体放置于针筒中，当施加6 kV的高压电场时，大量微米纤维能够被针管射出，并收集在金属收集网上。该方法得到的液晶弹性体纤维处于多畴状态，需在多畴液晶弹性体纤维底端悬挂重物进行取向，进而实现热驱动（图6a）。Javadzadeh等^[18]通过静电纺丝技术制备了碳纳米管掺杂的液晶弹性体纤维，对CNT/LCE复合纤维进行加捻和牵伸，得到CNT/LCE纱线，最后通过拉伸CNT/LCE纱线进行取向并使用紫外光固化，合成了一种具有快速光热响应的CNT/LCE纱线，实现70%的可逆收缩率（图6b）。熔融静电纺丝书写（MEW）技术将熔融静电纺丝与3D打印技术相结合，可以制备出微纤维和纳米纤维。Feng等^[61]通过MEW技术制备了从微米尺度到厘米尺度以上范围的液晶弹性体纤维驱动器。通过控制打印参数，该纤维直径能够在4.5~70 μm可控变化，同时实现高达160 J/kg的做功密度（图6c）。静电纺丝法制备液晶弹性体纤维具有成本低、粒径可控等优点，可以制备出超细纤维，但存在难以制备取向纤维的问题，需结合牵引拉伸等技术实现单畴液晶弹性体纤维的制备。

溶液纺丝是将高聚物溶解在某种溶剂中制成纺丝溶液，纺丝溶液从喷丝孔挤出进入凝固浴或是热气体中固化成纤维。溶液纺丝分为湿法纺丝和干法纺丝。湿法纺丝是将制备的纺丝溶液通过喷丝孔喷出细流，进入凝固液中形成纤维。Martinez等^[62]开发了一种湿法纺丝技术制备多畴液晶弹性体纤维，通过拉伸和加捻进行后处理，得到能够进行传统驱动（收缩）和更复杂驱动（旋转和收缩）的液晶弹性体纤维，利用液晶弹性体纤维的不同取向和纺织品结构的编程可以调节材料性能和变形性能（图7a）。干法纺丝是将纺丝溶液从喷丝孔中压出，溶剂在热空气中以声速挥发得到纤维。Wu等^[38]通过简单的干法纺丝方法和两步交联法制备了一种新型光/电/热多刺激响应液晶弹性体纤维。研究表明，纤维不仅实现了对外部刺激响应，而且具有优异的光电特性（图7b）。溶液纺丝制备出的液晶弹性体纤维直径均匀且易控制，但是由于存在溶剂，在挤出丝时无法直接取向，需要在纺丝后通过机械拉伸、牵引等实现取向，并且溶剂的挥发可能导致纤维内部结构不均匀。

3.4 打印法

打印技术可以制造复杂的内部结构和几何形状，为液晶弹性体纤维的制备提供了新的思路。通过打印制备液晶弹性体纤维的方法受到液晶弹性体流变性能、打印头参数等因素的影响^[63]。在打印过程中，打印头的直径与形状、挤出速度、打印温度等参数影响液晶弹性体纤维的成形质量，需要合理调控相关参数，维持液晶弹性体纤维的结构完整性与功能特性^[64]。采用三维（3D）打印制备液晶弹性体纤维时，由于受到剪切力的作用，液晶基元可以在液晶弹性体纤维内部定向排列。Chen等^[65]将通过3D打印技术制备的液晶弹性体纤维合成一股，然后将其与柔性加热丝线编织成特殊的绳结结构，展现出比简单并联的液晶弹性体纤维更快、更大的驱动，同时具有强大的环境适应性，可以在3000 m水深的等效水压下实现1 Hz稳定循环驱动（图8a）。3D打印在制备复杂形状液晶弹性体方面存在问题，而四维（4D）打印可以构建复杂的微观与宏观结构，在加工过程中控制液晶取向，从而精准调控液晶弹性体纤维的驱动应变。Wang等^[22]开发了一种基于液晶弹性体的直写4D打印方法（图8b）。该打印方法能够通过调整纤维在复合材料内部的偏置位置，实现了打印结构的可控性。纤维可以承受高达其自身重量2805倍的载荷，并在150 ℃条件下实现0.33 mm^‒1的弯曲曲率。直接墨水书写技术（DIW）在材料灵活性、多材料打印可行性方面表现出色。Li等^[66]使用胆甾相液晶弹性体和染料溶液，通过DIW技术制备了一种可动态切换颜色的胆甾相液晶弹性体纤维，用于模拟头足动物皮肤颜色与纹理切换功能，表现出良好的色彩可控性和机械响应性。通过4D打印法制备的液晶弹性体纤维具有更大的驱动能量和更复杂的驱动变形，从而在不同领域实现更广泛的应用。

3.5 微流控法

微流控技术是一种利用微型管道对流体进行系统操作的技术，可以通过调节纺丝溶液黏度等溶液参数、内外管道流体流速等工艺参数及微管道尺寸等芯片参数来调控纤维的尺寸和结构^[67]。在微流控通道中，可以通过施加剪切应力、电场、磁场或表面锚定等方法调控液晶基元的取向。Ohm等^[68]采用微流控装置将可光交联的近晶主链聚合物溶液注入流动相硅油中（图9a），溶液扩散至硅油中产生纤维，通过紫外线照射引发二次交联，最终固定纤维的取向和结构，纤维在热刺激下表现出可逆的驱动形变。Zhang等^[69]开发出了一种电响应的液晶弹性体纤维（图9b）。2种液态金属（LM）镓和汞作为导电内芯被注入中空液晶弹性体纤维中，使用微流控技术控制LM在内芯中的分布，在通电时具有较高电阻率的汞段比具有较低电阻率的镓段产生更明显的收缩，实现了对液晶弹性体纤维形变的精准调控和编辑。微流控技术允许化学反应以可控的方式在纤维的超小尺度内进行，提供了一种操作简单、绿色且高效的微纳米液晶弹性体纤维合成路径。

综上所述，液晶弹性体纤维的制备方法多样，从早期的提拉法和模板法发展到先进的制备方式中，如纺丝法、打印法和微流控法。提拉法操作简便，适合实验室小规模制备，但纤维的截面形状和尺寸均匀性较差。模板法条件温和，适合制备复杂结构的纤维，但模板的去除过程容易对纤维造成损伤。纺丝法能够批量生产连续的纤维，适合大规模工业生产，但液晶分子的取向较难控制。打印法可快速制备具有复杂内部结构和几何形状的纤维，适合个性化定制，但技术复杂度较高且成本较高。微流控法适合制备高精度、均匀性好的纤维，但工艺复杂且成本较高。每种方法都有其独特的优缺点，适用于不同的应用场景。通过改良材料、优化工艺参数等方法，可以提升液晶弹性体纤维制备的稳定性和效率，为实际应用提供更好的解决方案。

4 液晶弹性体纤维的应用

液晶弹性体纤维是一种具有高长宽比和高比表面积的一维智能可变形材料，由于纤维内液晶基元取向度高，对于各类型刺激的响应时间更快，且具有优异的机械强度和良好的可编程特性。基于液晶弹性体纤维对外界刺激的响应能力、可逆形变能力和和可编程特性，液晶弹性体纤维在人工肌肉、软体机器人、可穿戴设备等领域具有广泛的应用。

4.1 人工肌肉

人体肌肉运动的协调机制是一个复杂的生理过程，主要由中枢神经系统和周围神经系统共同协作完成。大脑接收来自感觉器官的信息后，发送信号至肌肉，肌肉接受信号进行收缩、伸展等运动。人工肌肉是一种软驱动器，在受到温度、光照、压力等外界刺激后，可以模拟多种人体运动模式^[70]。基于纤维的人工肌肉与天然肌肉的结构和功能具有相似性。研究表明，基于液晶弹性体的人工肌肉纤维具有良好的柔韧性、高能量转换效率和功率密度，可以广泛应用于软体机器人、康复医学等领域^[71]。Hou等^[23]将一组液晶弹性体微纤维（直径78 µm，总数30根）用作人工咬肌，在近红外线照射时，液晶弹性体微纤维迅速收缩，驱动下颌闭合，实现咬断食物的生物功能（图10a）。此外，由微纤维束制备的人工肱二头肌和人工肱四头肌，可以分别模拟弯曲手臂和踢腿的动作。受哺乳动物的肌肉、骨骼、神经系统的耦合行为启发，Liu等^[72]提出了一种基于液晶弹性体和低熔点合金的同心管/棒形态的人工肌肉，上、下弯曲角度分别约为45°和-35°，具有稳定的弯曲变形能力。外部的液晶弹性体用于可逆收缩和恢复，内部的合金用于变形锁定，分别与肌肉和骨骼的功能相对应，通过调整激光能量与照射方向可以控制人工肌肉的弯曲角度和方向。人工肌肉的变形状态可以通过测试合金的电阻变化进行监测，为智能操作提供了一种简单的方法。此外，Roach等^[73]采用DIW法设计和制备了一种液晶弹性体纤维，用于模拟肌肉收缩与舒张的驱动特性（图10b、c）。通过3D打印技术制作机械臂，将液晶弹性体纤维放置在仿生设计的肱二头肌起止点孔位之间，受热时纤维收缩使机械臂实现70°的弯曲角度。通过增加编织纤维数量提升驱动力，该液晶弹性体纤维可以举起相当于自身重量250倍的载荷。人工肌肉纤维具有良好的柔韧性和可逆形变性能，在生物医学设备等领域表现出巨大的应用潜力。

4.2 软体机器人

刚性机器人可承受较大的工作载荷，在机器人的实际应用中占据主导地位。与刚性机器人相比，由柔性结构构成的软体机器人在连续性、环境适应性、安全性等方面存在优势。受象鼻肌肉结构启发，Hu等^[74]将具有不同取向（轴向、径向、圆周方向、螺旋取向）的多个液晶弹性体纤维复合，设计了一种三维管状柔性驱动器，实现伸长、弯曲、扭转等多种变形模式及多种变形模式组合的复杂变形模式，并构建了新型柔性泵以及软体机器人触手（图11a、b）。根据哺乳动物心脏通过拧绞变形提高射血效率的原理，利用驱动器的扭转运动引发拧绞变形，可以增大流体排出率，提高了柔性泵的泵送效率（η = 84 %）。此外，该驱动器作为触手可以通过光驱动抓住螺栓并旋转拧下螺栓。在触手的多个部分处于弯曲状态时，可以通过施加扭矩拧下螺栓。Liao等^[59]利用一种改进的熔融纺丝方法制备了一种集成传感和驱动能力的LCE-LM同轴纤维，并构建了一个用于物体分拣的柔性三臂Delta机器人（图11c）。Delta机器人的臂长由施加到3个单独的LCE-LM同轴纤维的电流精准控制。Delta机器人通过三臂的协调动作，可以将手爪移动到三维空间中的特定位置。此外，通过监控每个臂的反馈电压，可以确定三臂的移动路线及移动时间。基于液晶弹性体纤维的软体机器人具有优异的形状记忆效应和刺激响应能力，可以在温度、光照等外界刺激下实现可控的形状变化和运动，在医疗机械、智能家具等领域展现出广泛的应用潜力。

4.3 智能服装与可穿戴设备

通过加捻、缝合和编织等技术可以将液晶弹性体纤维加工成纺织品。液晶弹性体纺织品可以在检测到人体生理状态或者环境信号的变化后作出反应，在智能服装与可穿戴设备、运动辅助等方面具有广泛的应用前景^[14]。Sun等^[75]利用熔融纺丝方法制备了液晶弹性体纤维，使用商用针织机制备具有不同几何形状和变形能力的液晶弹性体纤维纺织品（图12a）。通过定量调控针织图案的位置、类型和尺寸，可精确控制该液晶弹性体纤维驱动器的几何形态与变形特性，包括尺寸、弯曲位置、方向及角度等参数。将针织图案与基础变形模式相结合，可以实现扭转、折叠等更复杂的形变。由于针织结构由物理缠结的连续纤维构成，该液晶弹性体纤维驱动器可拆解为原始纤维并重新编织，实现零损耗回收利用。为了解决液晶弹性体纤维纺织品沿纤维轴向收缩的单一驱动模式的限制，Lee等^[13]采用熔融纺丝技术合成了一种具有优异力学性能的近晶相液晶弹性体纤维，与传统的液晶弹性体沿着纤维轴的取向不同，液晶基元相对于纤维轴正交排列（图12b）。不同驱动模式由挤出过程的液晶相决定，向列相和近晶相挤出分别导致纤维表现出热致收缩（约40%）和热致伸长（约30%）。在单一纺织品中集成具有热致伸长和热致收缩的纤维可以实现空间上的2种不同驱动模式。液晶弹性体纤维纺织品驱动方向的可控性使智能服装和液晶弹性体纤维制动器的创新成为可能。

5 结论与展望

液晶弹性体纤维是液晶弹性体的一种常见结构形式，由于其高长径比和大比表面积，导致内部的液晶基元取向度高，对于各类型的刺激具有较快的响应速度，且具有良好的可逆形变能力和机械性能，在人工肌肉、可穿戴设备、软体机器人等领域展现出广阔的应用前景。本文综述了液晶弹性体纤维的分子结构、制备方法及应用。虽然已经开发了许多技术提高液晶弹性体纤维的性能，但在实际应用中仍然存在挑战。一方面液晶弹性体纤维难以同时实现多刺激响应和复杂的形变模式。将液晶弹性体纤维与各种功能材料如电热、光热、磁热材料等结合制备液晶弹性体复合纤维是一种有效的策略。另一方面目前国内外液晶弹性体纤维的研究受到纤维制备、功能材料掺杂、多纤维集成等工艺的限制，仍处于实验室阶段，需要开发一种简单的路线实现液晶弹性体纤维的规模化制备。未来研究应着重于改进现有工艺并探索新的工艺，为大规模生产液晶弹性体纤维提供解决方案。总而言之，液晶弹性体纤维的发展将带来无限的机遇和挑战，研究者们需要进一步提升液晶弹性体纤维性能，拓宽其在智能驱动领域的应用场景。

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