未映照的区域通过溶液洗濯去除
为了实现布局色的动态可调理和像素布局, Shu Yang等人制备了从链型手性向列相液晶弹性体薄膜，并将薄膜集成正在气动的安拆上。当对密闭的空气通道的尺寸和结构进行几何编程后，能够实现液晶弹性体薄膜上从近红外到紫外波长的布局色改变。而且每一个气道的颜色像素能够被零丁的节制(图12)。这种随应力变化的布局色能够被用正在自顺应光学、柔性机械人等范畴。
吕久安，博士，多年来处置刺激响应性形变液晶高分子的设想、制备及其功能器件的开辟，以通信做者或第一做者正在Nature、Nature Communications等国际出名学术期刊颁发研究论文。博士学位论文荣获中国材料研究学会首届C-MRS材料学科优良博士论文（全国评选出十人）。代表性研究 “微量液体活动光控新手艺”，被、英国经济学人等多家国表里支流沉点报道，并入选年度上海十大科技事务。近三年，先后开辟出光控拆卸新手艺、光控轮回活动新系统等国际领先的高新智能手艺，2021年荣获IEEE全球光电大会(OGC2021)优良青年科学家。
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即便现现在液晶高分子材料系统还存正在着各种问题，我们相信通过开辟新的液晶高分子材料系统、愈加简单高效的取向手艺和高度集成的系统，响应形变液晶高分子将会正在微流控、软施行器、传感器、可穿戴设备、布局色和防伪等范畴找到新的使用点。
微流控被认为是生物医学和化学使用的平台，基于此搭建的芯片尝试室（lab on chip）能够对微量的液体和颗粒进行切确的操控，比拟于保守的体例能够削减试剂的利用体积、快速的处置、低成本、高度从动化等特点。得益于这些长处，微流控被普遍的研究。可是跟着研究的进展，微流控的外部节制设备越来越复杂，成为此范畴的瓶颈。现正在亟待开辟新的驱动液体的体例来简化微流控系统。
天然界中的毛虫、尺蠖、蚯蚓等虫豸能够通过本身的变形实现正在复杂的地形中活动。其表示的爬行、滚动、腾跃等活动形式科研人员开辟具有雷同活动行为的仿生软机械人。最常见的仿生软机械人是毛虫和尺蠖。例如，Hao Zeng和Arri Priimagi等人仿照Asphondylia的长虫的长距离弹跳的能力，开辟了能够光学节制的液晶高分枪弹跳施行器（图6）。
我们正在这里提到的一步法是指反映物中的液晶分子正在交联之前曾经通过例如外场的感化或概况效应等小分子液晶取向手艺陈列成有序相，然后通过化学交联反映固定取向布局。
正在液晶高分子的制备过程中，液晶基元的取向是一个很是主要并且环节的步调。跟着液晶高分子研究的不竭成长，多种液晶高分子的取向手段被开辟出来。将按照合成时的步调，取向方式大体上能够划分为一步法和两步法。
光取向的方式最早利用正在液晶显示器范畴。正在已有的研究中，开辟出了偶氮苯染料、肉桂酸盐等能够正在线偏光下图案化陈列的分子。其制备的一般过程是将具偏振性质的感光分子做为取向层，操纵线偏振蓝光进行图案化取向，取向后的层能够用来液晶分子发生图案化取向。值得留意的是，因为光能够便利的图案化，而且空间精度高，所以基于此方式的取向手艺具有高分辩率的特点，能够实现局部取向标的目的分歧。例如，Timothy J. White等人操纵激光光栅做为图案化光的方式开辟出了存正在多个沿圆周标的目的取向的液晶高分子薄膜，此中每一个有序的取向单位体积仅为0.0005立方毫米（图3）。
图3：体素化的液晶高分子：（a）液晶高分子膜的偏光照片；（b）液晶高分子膜正在分歧温度下的形态。
比拟较于保守的机械人，因为液晶高分子材料具有柔性和刺激响应的特征，使其能够正在简单的节制信号下施行高度的活动，实现正在分歧材质，分歧地形下的活动。同时，驱动仿生软机械人的刺激凡是是外部的热源或者光，本身不需要照顾能源储存的安拆，因而其尺寸能够远远小于保守机械人。
正在模板概况制做微纳标准的沟槽时，最简单的方式是摩擦法。通过正在液晶盒内侧的玻璃片上涂覆上聚酰亚胺层，通过布等摩擦概况能够发生藐小的沟槽。跟着原子力显微镜手艺的成长，利用原子力显微镜探针正在取向层概况摩擦能够发生愈加复杂的沟槽图案。
范扬扬, 吕久安. 响应形变液晶高分子的取向方式和功能开辟[J]. 液晶取显示, 2023, 38(1):60-76.
因为液晶高分子所具有的刺激响应、刚度可调、应变量大等特点，遭到越来越多的关心。人们通过不竭立异材料系统，探究新的取向手艺和新的使用。对于平面二维取向，科研人员能够按照分歧的材料系统、加工要求、取向要求选择适合的取向手段，以此满脚分歧的使用场景下的使用要求。可是，现有的取向手艺仍然存正在多种问题。例如：
正在微流控系统中，凡是利用压力例如气压或者液压做为驱动阀门的动力。可是如许就添加了外围节制设备和微流控芯片毗连的复杂性。Antoni Sánchez-Ferrer等人第一次将液晶高分子做为微阀门引入到微流控系统中（图7），器件驱动道理是液晶高分子正在温度升高时发生变形，其两头发生弹性屈曲，这种变形使得微腔内的阀门封锁，能够实现微阀门的热致可逆开关。
近日，西湖大学吕久安研究员团队正在《液晶取显示》（ESCI、Scopus收录，中文焦点期刊）2023年第1期颁发了题为“响应形变液晶高分子的取向方式和功能开辟”的综述文章。引见了液晶高分子次要的取向手艺和基于外形变化的液晶高分子器件功能，并瞻望了液晶高分子形变材料正在高新科技范畴的使用前景。
通过光刻手艺能够利用光的设想沟槽描摹。概况模板的一般制备过程是用图案化的紫外光映照正在旋涂有负光刻胶SU-8的玻璃片上，被映照区域的光刻胶固化，未映照的区域通过溶液清洗去除，如许就正在玻璃概况留下了图案化的沟槽。基于此方式能够设想高分辩率的沟槽描摹。光刻法为复杂取向供给了强无力的取向基板加工方式。
机械拉伸应力取向因操做简单，取向结果好而被普遍利用。拉伸应力取向的方式最早由Finkelmann等提出³⁷，如图4所示，正在尝试中，做者将聚（氢硅氧烷）链、具有单乙烯基官能团的液晶分子、多官能团乙烯基液晶分子和铂催化剂夹杂正在一路。因为分歧官能团正在反映上的动力学的差别，反映速度分歧。因而正在第一步中，通过铂催化将液晶基元的乙烯基键合到聚硅氧烷从链上，获得弱交联的聚合物。正在第二步中，通过外力单轴拉伸取向液晶，然后进一步交联，固定液晶基元的获得最终的液晶高分子收集。
天然界中的生物凡是存正在着丰硕多彩的颜色，此中一种机制是物体概况存正在着微纳布局，正在布拉格衍射下，会呈现角度相关的布局色。为了使材料概况表示出布局色，需要正在材料概况加工出微纳布局，现有的方式和材料有益用嵌段共聚物正在液体中相分手发生分层纳米布局、热纳米压印光刻法、胆甾型液晶等。
正在液晶高分子的制备拆卸过程中，若是不做任何取向处置，最终合成的液晶高分子为多畴陈列，液晶分子为芜杂无序的形态。两步法凡是先将液晶单体夹杂物弱交联构成多畴液晶低聚物，然后对其例如拉伸应力、压应力或者剪切应力指导内部的液晶分子陈列。最初期待交联完全或利用紫外光激发二次交联来固定液晶取向布局。
正在的刺激感化下，液晶高分子能够发生形态上变化的缘由是高分子收集中液晶基元有序度的变化。有序度能够通过“有序参数（S）” 来量化。当的刺激感化正在材料上时，导致液晶的有序参数降低，高分子聚合物收集中的链段构象发生变化，正在宏不雅上能够表示为弯曲，扭曲，收缩或膨缩等形态的变化。
2. 正在现有基于液晶高分子开辟的柔性施行器中，器件往往是零丁存正在的，可是正在现实使用中需要将施行器集成正在合适的系统上来实现复杂多样的功能。
液晶高分子具有刺激响应的机能，能够正在例如光、热和电场的感化下改变外形，而且具有大尺寸的可逆外形变化，正在软体机械人、微流控、微型施行器等前沿科技范畴有着庞大的使用潜力。
当液晶分子和某些材料概况接触时，因为遭到概况的感化力而被陈列。这种的缘由次要是以下两个方面：第一是液晶分子和取向层之间存正在分子间感化力；第二是这些取向层凡是设想成微米或者纳米标准的沟槽，连系概况锚泊感化，使得液晶分子的长轴标的目的被限域正在沿沟槽的标的目的。通过改变液晶盒上下玻璃概况的沟槽标的目的的陈列和引入垂曲取向层，能够实现平行或垂曲于薄膜、扭曲取向的液晶高分子。可是，受限于这种概况的感化力的范畴（感化无效标准~50μm），这种取向体例只能制备取向厚度较小的液晶高分子膜。
对于大部门的液晶高分子施行器，凡是只具有相对单一的刺激响应特征，例如光刺激或者热刺激等单一刺激。若是想要获得多沉刺激响应，引入对分歧刺激响应的官能团可能会添加合成的复杂性，一种比力简单的方式是将液晶高分子材料和其他材料复合构成多层的布局。此外，复合材料的引入还能够改善全体的力学机能，实现分歧使用的需求。
近期，复旦大学俞燕蕾传授团队操纵线性液晶高分子和微通道基底连系，制备了能够光控的微量液体运输、反映平台。如图8所示，因为响应形变薄膜被固定正在PMMA基底上，体积为膜弧面的弯曲。从而正在液体两侧发生不合错误称的截面积，正在拉普拉斯压差的感化下驱动液体。做者巧妙的操纵毛细管冷凝效应实现了液滴的分手操做，极大地拓展了此类微流控芯片的利用场景。
比拟较于保守的染料时可能存正在的分离不服均、不变性不脚、相容性差等问题，这种化学键合的体例使得光接收功能基团更平均的分离正在液晶高分子收集中。正在近红外光的持续映照下，杨氏模量正在各向同性相时照旧能够连结正在1.43MPa，相对于保守的侧链型液晶高分子的各向同性相杨氏模量超出跨越一个数量级，而且能够负载本身5680倍的物体实现可逆伸缩变形。
对于大部门的反映性液晶分子来说，都有多苯环的布局，所以分子具有各向同性抗磁性，使得其分子长轴倾向于平行于外加的标的目的陈列。基于此道理，正在1991年，C. H. Legge等人利用将聚合前的液晶分子取向，合成了单畴的侧链型液晶高分子薄膜。Patrick Keller等人操纵钕铁硼永磁体（约1T）的感化（图1），成功制备了形变量约300%-400%的微米尺寸的微施行器。
1. 热响应的液晶高分子驱动频次相对较低，这极大地了液晶高分子正在柔性施行器中的使用。因而需要正在器件布局和化学构成长进行立异设想处理这一问题；
这类取向体例只能制备较薄的液晶高分子；1. 基于一步法的取向方式受限于概况锚定的感化力的范畴，
电场下取向的液晶材料凡是需要正在液晶分子布局中引入极性官能团，例如酯基、腈基或卤素。对于正介电各向同性的液晶，例如以腈基为端基的单官能团液晶单体，因为其长轴标的目的的介电大于短轴，其长轴将平行于电场标的目的陈列。对于负介电各向同性的液晶，例如以二丙烯酸酯为端基的双官能团液晶单体，因为其长轴标的目的的介电小于短轴，其长轴将垂曲于电场标的目的陈列。图2展现了液晶盒中利用电场进行取向的根基尝试操做。此类方式制备的液晶高分子的形态凡是为膜，且厚度受。
相较于保守的刚性布局的施行器，柔性施行器具有更好的人机平安性、更轻的分量、愈加多样化的节制等特点。而液晶高分子具有模量可调、刺激响应、应变量大而被视为一种优良的制做柔性施行器的原材料。东南大学杨洪传授团队快要红外光接收的功能团通过化学键的形式键合正在液晶高分子收集中，制备了近红外光驱动的从链型液晶高分子人工肌肉（图9）。
液态金属因其优良的流动性和导电性，是一种正在不影响原有材料力学机能的环境下的抱负复合材料。如图10所示，Hong Liu等人操纵磁性印刷手艺将液态金属以电的形式制备正在液晶高分子概况。当此复合材料遭到如压力和应变的变化时，液态金属电的电阻发生变化，实现对机械刺激的。同时当电通电时，发生的焦耳热能够驱动器件形变。这一设想方式为将来开辟智能软机械人供给一种简单可行的方案。
是同时具有液晶各向同性和高分子力学特征的功能高分子。正在液晶高分子中引入具有光化学异构化或者光热响应的布局单位，能够使其正在光或者热刺激下发生相改变，激发宏不雅外形变化。通过一步或两步的取向方式能够对液晶高分子中液晶基元的取向标的目的进行调控，实现材料的变形编程。液晶高分子形态上的变化正在仿生软机械人、微流控、柔性施行器、布局色和防伪等范畴有潜正在的使用价值。
纳米压印手艺能够正在物体概况制备出微纳标准的阵列布局，可是保守的热纳米压印光刻朴直在冷却时收缩。大学于海峰传授团队将偶氮聚合物引入到柔性基底上，如图11所示，因为基于偶氮苯的聚合物正在紫外光映照下玻璃化改变温度显著的下降，正在分歧波长光映照下，基底具有塑性可调的性质。基于此道理，做者正在聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 基板上拆卸出丰硕多彩的布局色。
操纵液晶高分子前驱体具有流动性的特征，将其从针头中打印出来，因为从打印针头处挤出时遭到剪切应力，液晶分子将沿着打印标的目的取向。如图5所示André R. Studart和Theo A. Tervoort等人操纵挤出熔融液晶材料的方式打印出了高度取向的液晶高分子材料，而且因为3D打印本身的劣势，能够制备出分层布局、复杂的几何外形。