多孔材料因其轻量化、低成本和优异的吸声性能，被广泛用于声学调控，在噪声控制、生物医学成像、微流控和组织工程等领域具有重要意义。然而，传统多孔材料通常具有固定的孔结构，难以适用于动态变化的声学环境。近年来，研究人员发展了多种能够主动调控吸声性能的多孔材料，但这些系统往往依赖复杂、笨重的多组件结构和外部机械输入，且吸声调控范围受限。因此，亟需开发一种结构简单、可重构的新型多孔材料体系，以实现宽范围、可逆的声波调控。

  针对上述问题，斯坦福大学赵芮可教授团队报道了一种热驱动多孔液晶弹性体（porous liquid crystal elastomer, porous LCE），利用LCE的热致可逆形变调控孔结构，实现了吸声性能的动态调节。通过实验结果与数值模拟相结合，证明该多孔LCE的吸声系数可在热驱动下从近零吸收调控至近乎完美吸收，实现宽范围、可逆的吸声调控。通过对孔结构和LCE热致形变程度进行编程，该材料还可实现对吸声调控范围的按需设计。此外，该多孔LCE能够实现实时、可逆、可重复的吸声性能调控，并在多次热循环中保持性能稳定。该多孔LCE材料能够通过温度变化主动调节声学响应，在自适应降噪、声学成像和无线通信等领域展现出广阔应用前景。

  相关研究成果以“Porous Liquid Crystal Elastomers for Thermal-Driven Tunable Acoustic Properties”为题发表在《Materials Today》上。斯坦福大学博士后Jeseung Lee为论文第一作者，赵芮可教授为论文通讯作者。

图1. 多孔LCE的声波调控机理与制备过程

  图1展示了多孔LCE的声波调控机理与制备过程。初始压缩状态下，多孔LCE孔隙率较低，能够反射大部分入射声波；加热后，LCE发生形变并使孔隙率显著增大，从而吸收大部分入射声波，使材料在不同温度下表现出高反射或高吸收等不同声学性能（图1a）。其声学性能通过双传声器阻抗管装置进行表征（图1b）。多孔LCE采用盐模板法和两步交联策略制备：首先将 LCE前驱液注入圆柱形盐模板中（图1c,i）；部分交联后，将其浸入水中除去盐模板（图1c,ii），再沿厚度方向压缩并通过紫外光照射以完全交联（图1c,iii）。该多孔LCE能够在热刺激下发生可逆形变：加热时，LCE发生向列相到各向同性相的转变并沿厚度方向膨胀，冷却后回复到初始压缩状态。

  图2系统研究了压缩应变对多孔LCE初始孔隙率及热驱动孔隙率变化的影响。首先将部分交联的多孔LCE沿厚度方向进行不同程度压缩，并通过完全交联固定压缩后的孔结构（图2a,b）。随着压缩应变增大，样品初始孔隙率显著降低，加热前后的孔隙率变化幅度明显增大（图2c,d），说明通过调节压缩应变可有效编程多孔LCE的初始孔隙率及其热驱动调控范围。进一步考察了温度对多孔LCE孔隙率的影响。随着温度升高，多孔LCE沿厚度方向膨胀，孔隙率随驱动应变增加而升高，并最终达到稳定状态（图2e）。结果表明，多孔LCE的孔隙率可通过温度实现连续、可控的动态调节。

图2. 多孔LCE的孔隙率热调控

  图3展示了热驱动孔结构变化对多孔LCE吸声性能的调控。首先建立了孔结构模型，用于数值计算多孔LCE的声学响应（图3a,b）。实验和模拟结果表明，低孔隙率（10%）样品在初始状态下几乎不吸声，加热后孔隙率大幅增加，吸声性能显著增强，在目标频率处实现从近零吸收到近乎完美吸收的全范围调控（图3c,i）。中等孔隙率（40%）样品在初始状态下已具有一定吸声性能，加热后吸声峰频率从4.5 kHz降至3.7 kHz，实现了频率选择性的声学调控（图3c,ii）。相比之下，高孔隙率（55%）样品在加热前后孔结构变化较小，吸声性能几乎不变（图3c,iii）。

图3. 热驱动孔结构变化调控多孔LCE的吸声性能

  图4展示了孔径对多孔LCE吸声性能的调控。通过选用不同尺寸的盐颗粒，制备了孔隙率相同但孔径不同的多孔LCE（图4a）。随着盐颗粒尺寸增大，样品在加热前后的孔径均增大，而孔隙率和整体形变基本不受影响（图4b）。不同孔径样品表现出不同的吸声谱，且随着孔径增大，加热前后的吸声峰频率逐渐升高（图4c）。以上结果表明，通过调节孔径可以进一步实现多孔LCE吸声峰频率及其移动范围的可编程设计。

图4. 孔径调控多孔LCE的吸声性能

  图5展示了多孔LCE实时、可逆和可重复的吸声性能调控。随着温度逐步升高，多孔LCE的孔隙率随之增加，相应的吸声系数也持续提高，说明通过热控制可实现对其吸声性能的实时、连续调节（图5a,b）。此外，在单次加热-冷却循环过程中，多孔LCE的吸声系数曲线高度重合（图5c）；经过多次热循环后，材料仍能稳定地在近零吸收和近乎完美吸收状态之间切换（图5d），表明其热驱动吸声性能调控具有优异的可逆性和可重复性。

图5. 多孔LCE实时、可逆、可重复的吸声性能调控

  团队提出的热驱动多孔LCE材料可在温度控制下动态改变孔结构，从而实现宽范围、实时、可逆且可重复的吸声性能调节。该工作不仅为主动吸声材料提供了新的设计策略，也为发展可重构声学超材料提供了重要平台。未来通过引入周期性结构、导热填料或焦耳加热元件，该体系有望进一步实现更快响应、更复杂的声波传播调控以及局部声学调节，并为多孔材料在智能过滤、储能、热管理和组织工程等领域的应用提供新的设计思路。

  论文链接 http://doi.org/10.1016/j.mattod.2026.103394