文章背景

       纤维作为一种具有卓越柔韧性和高纵横比的多功能一维材料，在推动人类文明发展方面发挥着关键作用。而能够被光调控并产生响应性变形的光子纤维执行器在智能纺织品、智能人造肌肉到可穿戴设备等领域都具有广泛的应用价值。因此，关于智能光子纤维软执行器的研究具有重要意义。

文章概述

       基于上述背景，吕久安团队报告了基于胆甾型液晶弹性体(CLCE)的光子纤维软执行器(PFSA)。在这项工作中，使用基于管状模具的两步交联法制备的PFSA，能够高效生产具有可逆颜色和形状变化能力的光子纤维软执行器(图1)。

图1 (a) CLCE前体主要成分的化学结构; (b) 使用管状模具技术制造基于CLCE的PFSA的示意图; (c−e)分别为红色、绿色和蓝色的CLCE光纤的POM图像(反射模式，无偏振器); (f, g) CLCE纤维的宏观视图; (h) CLCE纤维编织成传统纺织形式的演示。 

     初步交联后， CLCE纤维被机械拉伸以编程其颜色和形态并取向，然后进行二次光交联以固定螺旋结构和排列结构得到PFSA(图2)。 

图2 (a-e)将具有蓝色近红外波长的弱交联CLCE纤维的POM图像(反射模式，无偏振器)拉伸到100%应变，导致结构颜色明显蓝移，比例尺为500μm; (f) 近红外波长的CLCE光纤在0%至100%不同应变下的直径变化和(g) 反射光谱 

由此制备的基于CLCE的PFSA表现出高度可调的形态、稳定的机械性能、良好的拉伸变色能力并能作为一直可视化的重力反馈装置(图3)。 

图3 (a-e) PFSA的POM图像(反射模式，无偏振器), 红色波长的PFSA从0%拉伸到50%，比例尺为200μm; (g) 不同应变(0%-50%)下PFSA的反射光谱; (h) 无拉伸和PFSA的CLCE纤维的应力-应变曲线; (i) PFSA在100次循环后的应力应变行为; (j−l) 由PFSA制成的微型称重装置。

     不仅如此，PFSA还表现出优异光、热响应能力，能在加热或经由进红外的光热效应下产生颜色与形状的可逆变换（图4）。 

图 4 (a−e）显示绿色波长的PFSA在加热和冷却过程中的显微镜图像(反射模式，CRAIC 20/30PV); (f, g) PFSA在加热和冷却过程中的反射光谱; (h)  PFSA在不同温度下的变形程度，误差条表示数据偏离平均值的一个标准偏差; (i) 3 W/cm ²近红外光下PFSA的图像; (j) 在不同光强下重复开启(20秒)和关闭(20 s)循环下PFSA的致动应力; (k) PFSA在不同光强下的致动应力。误差条表示数据偏离平均值的一个标准偏差。

     最后，作者展示了PFSA用于光操控物体和光驱动运动,为开发先进的软执行器提供许多新的可能性。

图5 (a, b) 在紫外诱导交联过程中PFSA中不对称结构的形成和弯曲机理的示意图; (c−e) 近红外辐射下PFSA形状从直线结构变为螺旋线圈结构的照片。悬挂物体的重量为0.1克。近红外光的强度约为3 W·cm²; (f−k) 一系列照片展示了PFSA的光控运动。当受到强度约为3 W·cm²的近红外辐射时，材料表现出精确、可逆和定向的运动。 

       本文为“Smart Elastomers and Actuators”专题特约稿件，该工作即将以研究论文形式在Chinese Journal of Polymer Science印刷出版。李云龙博士研究生是该论文的第一作者，吕久安教授为通信联系人。

原文信息：

Chinese J. Polym. Sci., 2025, 43, 597–604.

DOI: 10.1007/s10118-025-3286-x   

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