Liquid crystal elastomer film actuators with anti-strain robustness

热致晶体 执行机构 材料科学 液晶 弹性体 人工肌肉 电致伸缩 稳健性(进化) 复合材料 光电子学 压电 化学 计算机科学 液晶 人工智能 基因 生物化学
作者
Qingyue Li,Yilin Jiang,Xu Dong,Lvzhou Li,Ningyi Yuan,Jianning Ding
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier BV]
卷期号:397: 134669-134669
标识
DOI:10.1016/j.snb.2023.134669
摘要

Thermotropic monodomain liquid crystal elastomers (mLCEs) exhibit reversible contractile actuation properties along the collimated direction of mesogens when stimulated by external temperature, similar to those of biological skeletal muscle, and have great potential applications in flexible actuators and artificial muscles. However, the existence of flexible chain segments causes mLCEs to elongate under a small load, making calibration under different loads necessary when they are used as an actuator. In this study, a physical crosslinking point between flexible segments is provided through the introduction of designed long-chain molecules (LHS) containing amide bonds on the main chain of LCEs. The 5% LHS-mLCEs with enhanced anti-strain robustness achieved essentially constant original length over a range of loads (0–0.25 MPa) and maintained a reversible contraction ratio of 39.4%, comparable to biological skeletal muscle. Furthermore, a nonreconfigurable topological structure of a metal electrothermal layer with lossless compression properties was designed and prepared on the surface of mLCEs. The film actuators exhibit higher frequency oscillatory actuation (0.1 Hz 9.2%; 0.2 Hz 6.3%; 0.5 Hz 2%) relative to previously reported actuators, benefitting from the optimized heat dissipation structure of LCEs/Ag/air. This study provides valuable references and ideas for applying thermotropic mLCEs in practice.

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