Long Liquid Crystal Elastomer Fibers with Large Reversible Actuation Strains for Smart Textiles and Artificial Muscles

材料科学 复合材料 弹性体 人工肌肉 纤维 软机器人 心轴 超细纤维 智能材料 执行机构 电气工程 工程类
作者
Devin J. Roach,Chao Yuan,Xiao Kuang,Vincent Chi-Fung Li,Peter Blake,Marta Lechuga Romero,Irene Hammel,Kai Yu,H. Jerry Qi
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (21): 19514-19521 被引量:239
标识
DOI:10.1021/acsami.9b04401
摘要

A method for fabricating long, soft, and reversibly actuatable liquid crystal elastomer (LCE) fibers by using direct ink write (DIW) printing was developed. Here, the LCE was produced based on a two-stage thermal-photo curing reaction between a difunctional acrylate monomer and thiol. The LCE ink, mixed with nanoclay to increase the viscosity, was extruded through a nozzle onto a rotating mandrel to obtain a long fiber. After printing, the fiber was first thermally cured on the mandrel, then mechanically stretched, and photocured to achieve liquid crystal chain alignment for stress-free reversible activation. Upon optimizing the ink viscosity and DIW printing parameters, long fibers (up to 1.5 m long from the laboratory) were obtained. The resulting fiber had a modulus of 2 MPa, 51% actuation strain, and a failure strain of well over 100%. The potential of these fibers for applications was demonstrated. The LCE fibers were knit, sewn, and woven to form a variety of smart textiles. The fiber was also used to mimic bicep muscles with both large activation force and activation strain. By incorporating further intelligent characteristics, such as conductivity and biosensing into a single fiber, the LCE fibers could be potentially used for smart clothing, soft robotics, and biomedical devices.
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