液晶弹性体（LCE）纤维凭借其大幅度且可逆的形变能力，在形状记忆软材料领域展现出巨大潜力。然而，LCE纤维材料的应用受到其致动性能的制约。LCE纤维致动性能的评价可以用致动应变、致动速度、功率密度三项指标衡量，尤其是致动速度受到材料本身导热能力的限制而较难突破。目前，可用于制备在三项指标上均表现优秀的LCE纤维材料的方法仍较为有限。

  为提升LCE纤维的致动性能，清华大学袁金颖课题组与杨忠强课题组提出了一种基于静电纺丝和串联取向策略的LCE纤维制备方法。利用静电纺丝技术能够制备较细纤维的特性，增大LCE纤维的比表面积，从而加速其传热过程；在静电纺丝过程中通过高速牵伸实现材料的原位取向，结合后续二次拉伸取向，得到具备高度取向结构的LCE纤维。最终制造出的LCE纤维在上述三项致动指标上均呈现出优势，并且致动性能可以在特定热源频率下得到放大。

  2026年10月16日，该研究成果以《High-performance Liquid Crystal Elastomer Fibers via a Tandem Alignment Strategy》为题发表在Advanced Materials上（doi: 10.1002/adma.75204）。论文第一作者为清华大学化学系博士生许昶，清华大学化学系袁金颖教授与杨忠强副教授为共同通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金和清华大学笃实基金的资助。

图1 基于串联取向的静电纺丝LCE纤维的制备过程及SEM图像

  合作团队提出了一种新的基于“串联取向”与静电纺丝技术的LCE纤维制备方法。该方法同时利用了静电纺丝产生小直径纤维的优势，以及串联取向策略提供的高取向结构。在静电纺丝过程中，通过高速滚筒接收器的牵伸，含有液晶寡聚物的射流被拉伸并获得初步取向结构。随后，第二步的拉伸取向将材料的取向程度进一步提升，并通过光交联固化。

图2 LCE纤维材料取向程度的验证

  为验证取向程度的逐步提高，合作团队对LCE纤维材料进行了偏光显微镜观察和X射线衍射表征。表征结果显示，随着步骤的进行，LCE纤维材料的取向程度明显提高，最终得到的纤维具有高达0.78的取向序参数，在已报道的LCE纤维中位于较高水平。

图3 LCE纤维致动能力的测量

  验证了高取向程度后，合作团队紧接着对LCE纤维的致动能力进行了测量。测量结果显示，在不考虑共振效应带来的性能提升的前提下，该LCE纤维在致动应变、致动速度、功率密度三个指标上均呈现出相对已报道LCE纤维的优势。

图4 LCE纤维共振效应的表征

  在测量LCE纤维致动性能的过程中，合作团队发现该LCE纤维的致动能力在特定加热频率附近会呈现明显的放大，致动速度可达同条件低频加热下的10倍以上。这种共振效应允许LCE纤维在相近的热量供给下进行性能的调控。

图5 LCE纤维的应用概念演示

  在应用层面，合作团队设计了两项利用LCE纤维高速响应特性的应用概念演示。其一是一个简易的信号转换演示装置，可以将热刺激频率的变化反映为光信号持续时间的变化，并结合摩斯电码的原理展示了信息编码的可能性。得益于该纤维快速的散热与恢复能力，该过程中的热延迟降低，信号转换的及时性提升。另一项是一个高温报警装置，在纤维暴露于热源的数十毫秒内，LCE纤维可以快速驱动开关，切断用电器电路并触发警报。该工作提供了一种提升LCE纤维致动性能的方法，并展示了高速响应LCE纤维的部分潜在应用方向。该工作提出的策略与技术，对于发掘LCE纤维在运动辅助、热监测系统等领域的应用潜力有重要意义。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.75204