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  柔性驅動器具有柔性和適應性，相較于傳統的剛性驅動器能夠更好地與脆弱物體或生物體進行安全交互，適應復雜的動態環境。在眾多用于構筑柔性驅動器的智能材料中，液晶彈性體（LCE）因其能夠在外部刺激下發生取向變化，產生大幅度可逆形變而引人關注。LCE獨特的形變能力取決于液晶基元的特定取向。近年來發展的增材制造技術對LCE驅動器的形變能力和幾何形狀提供了高度的控制。然而，目前應用的增材制造方法通常引入化學交聯來固定化學網絡，一旦成型難以二次加工和回收利用。如何制備具有特定三維形變能力且可完全回收的LCE驅動器仍具挑戰。

圖1. （a）針織結構LCE驅動器的制備、拆解、再針織過程；（b）正針及（c）反針LCE針織環的結構及內部扭矩（藍色箭頭）示意圖。

  該課題組首先利用前期工作中開發的熔融紡絲技術連續制備了沿纖維長軸取向的LCE纖維，隨后通過商用針織機加工成含有不同針織組織的LCE織物。此外，由于針織結構由單根連續纖維通過物理纏結組成，LCE驅動器可以被拆解，并重新針織成其他結構，實現反復加工和回收利用。

圖2. 平針及羅紋組織LCE驅動器的結構

  對于由單一種類的針織環組成的平針組織LCE驅動器，多個針織環的扭矩相互疊加，導致該驅動器在室溫下發生馬鞍形的雙向彎曲。在熱刺激下，LCE纖維收縮，導致扭矩增大，LCE驅動器在兩個方向上進一步彎曲。

圖3. 通過針織組織的模塊組合構筑具有定量可控形變模式的LCE驅動器。

  進一步，將兩種針織組織沿著更復雜的路徑進行組合，則可以賦予LCE驅動器更豐富的形變能力。例如，將多個斜向排列的平針組織平行分布在羅紋組織中，所制備的LCE驅動器可以在熱刺激下發生螺旋形扭曲。而將多個不同方向排列的平針組織以特定路徑排布在羅紋組織中，所制備的LCE驅動器可以在熱刺激下以平針組織作為折痕發生折紙形變。理論上，通過對驅動器針織結構的理性設計，可以對螺旋形變的彎曲角度、手性、螺距，折疊的方向和程度等參數進行定量控制。

  最后，通過其他針織技法及織物加工技術，還可以對針織結構LCE驅動器的結構與功能進行進一步的調控。例如，通過加減針可以制備梭形結構的LCE花瓣。通過穿入電熱絲可以賦予LCE花瓣電熱形變性能。將四片LCE花瓣縫合，可以獲得一朵具有更復雜結構與形變能力的LCE花。在不同的電刺激控制下，多片LCE花瓣可以同時驅動或單獨驅動，導致LCE花產生不同模式的開合。

  相較于其他LCE取向成型技術，針織技術有著成熟的工業應用歷史。因此，如能進一步匹配工業針織技術的相關參數和需求，有望批量制備具有特定幾何形狀和可控形變能力的LCE驅動器。此外，針織結構LCE驅動器的多孔結構和軟彈性可以提供更舒適的人機交互體驗。通過與其他功能纖維和智能織物結合，針織結構LCE驅動器有望作為一個可形變的、具有高集成度的可穿戴平臺，應用于運動輔助、人機交互等領域。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202302706