液晶弹性体研究如何为新应用和实用设备铺平道路

一本新的电子书讨论了在APRA项目的支持下实现的液晶弹性体(LCE)技术的发展。该电子书由APRA项目主办方剑桥大学的高分子物理学教授EugeneM.Terentjev撰写，阐明了这些智能塑料，特别是LCE如何将自动化带入材料中。

LCE到底是什么?

LCE是聚合物的橡胶状网络，在各种刺激下表现出可逆的形状变化。该电子书将它们描述为“一类具有物理智能的新型材料”。它接着说，“这些塑料能够感知环境并对其做出反应，无需人工干预即可做出决定、分析和诊断问题。液晶弹性体是真正的未来材料。”

APRA项目开发的多功能高分子材料可回收再加工。电子书中描述的一种独特的LCE特性是软弹性，“它将液体的耗散特性与热固性材料的机械强度相结合，产生的振动阻尼水平远高于基于聚氨酯或硅树脂的市场领先技术。”

LCE还具有很强的压敏粘附力(PSA)，触摸起来很粘，可以粘合到大多数表面。通过APRA，剑桥大学正在与技术衍生公司CambridgeSmartPlastics合作，开发一种使用可逆粘性LCE的新概念，描述为“就像一只手一样简单，让我们[原文如此]按需进行。”他们创造了一种天然粘性橡胶，其特性会通过加热而改变，从而易于分离。当它冷却时，橡胶会再次变粘，让这种“真正可重复使用的粘合剂”获得第二次生命。

另一个惊人的特性是LCE在加热和冷却时可逆收缩和膨胀的能力。“如果材料在对齐时被编程为给定的形状，那么这将成为其自然形状。然而，加热材料会导致高达100-200%的收缩，这是完全可逆的(当LCE伸回其自然形状时冷却)。这种机械驱动使我们能够设计驱动器、人造肌肉或在两个容器之间的温差下工作的LCE引擎。”

研究人员最近取得的一项突破使他们能够克服在实际设备中使用LCE驱动的长期障碍。这一突破就是LCEvitrimers的发展。“Vitrimers比其他瞬态弹性体网络稳定得多，但仍允许热重塑(使材料完全可再生)。这使得创建复杂形状成为可能成为可能(这在传统的永久弹性体中是不可能的)，”根据电子书。

这些特性为大量LCE应用铺平了道路：隔音垫、抑制道路振动以提高光检测和测距精度以及乘客舒适度的设备、完全可逆的胶带“消除了当今粘合剂的‘一次性’特性””，太阳跟踪太阳能电池板和发动机将废热转化为有用的功。为期5年的APRA(用于可再生功能执行器的活性聚合物)项目将于2023年9月结束。