王發(fā)欣， 張歡， 陳原浩， 楊樂， 畢然， 沈永濤， 封偉， 王玲，2*

（1.天津大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 天津 300350；2.天津大學(xué) 濱海工業(yè)研究院， 天津 300452）

1 引言

與傳統(tǒng)的剛性致動器相比，軟體致動器展現(xiàn)出良好的柔順性以及優(yōu)越的變形能力，在人機(jī)交互［1］、軟體機(jī)器人［2-3］、物質(zhì)運輸［4］等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。制備軟體致動器的基體材料一般有液晶彈性體（LCE）、水凝膠以及形狀記憶聚合物等。特別地，液晶彈性體（LCE）在外界刺激下可以實現(xiàn)液晶基元微觀的有序-無序轉(zhuǎn)變，并且伴隨著宏觀的各向異性的可逆變形（＞400%），因此被認(rèn)為是制備軟體致動器的理想材料。然而，傳統(tǒng)的熱刺激響應(yīng)型LCE軟體致動器的驅(qū)動高度依賴于熱源，限制了其實際應(yīng)用。近些年研究人員通過與其他材料復(fù)合，開發(fā)出了可以在電、光、濕度及磁場下驅(qū)動的LCE軟體致動器［5-8］。相比其他種類的軟體致動器，光驅(qū)動軟體致動器可以被遠(yuǎn)程控制，并可以通過控制光照強(qiáng)度、光照時間、光的波長等參數(shù)對光驅(qū)動形變進(jìn)行精確控制［9］。Yang等［8］將MXene復(fù)合進(jìn)入LCE中，制備了可以在天頂角和方位角都能追蹤光源的液晶彈性體管狀致動器。傳統(tǒng)制備光驅(qū)動軟體致動器的光熱材料通常是MXene［10］、金納米線（AuNPs）［3］和碳納米管（CNT）［11］等固體納米材料。但是固體納米材料復(fù)合進(jìn)LCE后，一是會降低LCE的形變量，從而影響光驅(qū)動致動器的驅(qū)動性能；二是固體填料在LCE中的均勻分散比較困難，特別是在高填料體積分?jǐn)?shù)的情況下，由于顆粒團(tuán)聚的存在，此類復(fù)合材料在大應(yīng)變下容易發(fā)生斷裂。

共晶鎵-銦（EGaIn）是一種熔點接近或低于室溫的液態(tài)金屬（LM），兼具金屬和流體特性。因此，利用鎵-銦（EGaIn）合金與LCE結(jié)合制備的液態(tài)金屬-液晶彈性體（LM-LCE）墨水具有良好的光熱性能、優(yōu)越的變形能力以及優(yōu)異的界面穩(wěn)定性。與其他光熱材料相比，LM-LCE墨水（高達(dá)60%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不會顯著改變軟體致動器的機(jī)械性能和驅(qū)動性能［12］。因此，LM在軟體機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。Lv等［13］通過將LM墨水與LCN薄膜復(fù)合，制備了可以光驅(qū)動的LM-LCN軟體致動器。該致動器在光照下可以發(fā)生不同頻率的振動，有望實現(xiàn)光驅(qū)動撲翼飛行。Lu等［14］在LCE中摻雜了5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的LM液滴，制得的新型LM-LCE復(fù)合材料具有較高的抗疲勞性能、良好驅(qū)動性能（最大驅(qū)動應(yīng)變?yōu)椤?5%，最大驅(qū)動應(yīng)力為～1.13 MPa）、完全可逆的熱/光驅(qū)動功能以及良好的中溫自愈能力，是高負(fù)載驅(qū)動器的理想候選材料。雖然目前存在的光驅(qū)動LM-LCE軟體致動器有較好的機(jī)械性能和驅(qū)動性能，但是大部分都只能發(fā)生簡單的彎曲或者收縮形變，限制了軟體致動器的實際應(yīng)用。

自2013年Tibbits教授提出4D打印概念之后，驅(qū)動材料的4D打印獲得了廣泛關(guān)注［15］。作為一種性能出色的驅(qū)動材料，LCE的4D打印在2017年被首次報道［16］。4D打印技術(shù)可以很容易對LCE的液晶基元進(jìn)行編程取向，使得LCE軟體致動器可以展現(xiàn)出各種復(fù)雜的變形模式，進(jìn)一步提高了LCE在軟體致動器和軟體機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用［17-19］。Zhai等［20］利用4D打印技術(shù)制備了一種基于LCE的薄膜。該薄膜在加熱后可以自發(fā)蜷曲成管狀并能夠快速滾動，同時可以通過改變管狀機(jī)器人的長度和彎曲方向調(diào)節(jié)滾動速度和方向，且該管狀機(jī)器人具有一定的智能感知功能，可以應(yīng)用于貨物運輸和外太空陌生環(huán)境的智能探索。Yang等［21］制造了一種4D打印的熒光鈣鈦礦量子點（PQD）-LCE薄膜，該薄膜在室溫下可以自發(fā)卷曲成卷，當(dāng)薄膜被加熱或者近紅外光照射時，卷內(nèi)PQD信息就可以展示出來，實現(xiàn)了光驅(qū)動自展開信息顯示，有望利用到信息加密技術(shù)中。

本文報道了基于4D打印技術(shù)的光驅(qū)動液態(tài)金屬-液晶彈性體（LM-LCE）軟體致動器，該致動器在光照下展現(xiàn)出復(fù)雜且可逆的形變。首先制備出具有高穩(wěn)定性的LM-LCE墨水，系統(tǒng)地研究了LM摻雜量、打印溫度和打印速度對LM-LCE軟體致動器驅(qū)動性能的影響；探究了LM-LCE軟體致動器的光吸收和光熱轉(zhuǎn)換性能及在近紅外光照射下的驅(qū)動性能；最后通過4D打印技術(shù)設(shè)計打印出結(jié)構(gòu)和液晶基元取向更為復(fù)雜的LM-LCE軟體致動器，演示了其光驅(qū)動變形過程。該LM-LCE軟體致動器在動態(tài)和復(fù)雜的環(huán)境中展現(xiàn)出更加優(yōu)異的適應(yīng)性及可調(diào)節(jié)性，有望在軟體致動器和軟體機(jī)器人領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［22-23］。

2 實驗

2.1 材料和儀器

實驗中使用的主要材料：1，4-雙-［4-（3-丙烯酰氧基丙氧基）苯甲酰氧基］-2-甲基苯（RM257）：分析純，江蘇合成新材料有限公司；正丁胺，薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司；α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮（Irgacure 651），上海阿拉丁生化科技股份有限公司；鎵銦液態(tài)合金，山東煙臺艾幫新材料有限公司；乙醇：分析純，天津希恩思奧普德科技有限公司。

實驗中使用的主要儀器：超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司JY92-IIN；DIW-3D打印機(jī)，杭州捷諾飛生物科技股份有限公司Bio-Architect SR；LED光固化器，廣州市邦沃電子科技有限公司FUV-6BK；激光光源，長春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司MDL-808；電位粒度分析儀，英國馬爾文儀器有限公司Nano ZS90；偏光顯微鏡，尼康LV100POL；差示掃描量熱儀，日本日立股份有限公司S4800；機(jī)械拉伸機(jī)，深圳三思縱橫科技股份有限公司Suns890；紫外-可見光譜儀，日本Shimadzu公司UV-3600plus；紅外熱成像儀，德國Fluke公司TiX500；透射電子顯微鏡，日本電子公司JEM-2100F。

2.2 LM微米顆粒的制備

LM微米顆粒制備過程如圖1所示。首先，將1 g LM置于10 mL玻璃小瓶中，加入5 mL 乙醇。然后，將配置好的LM-乙醇溶液置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中進(jìn)行超聲，超聲探頭與瓶底之間保留1 cm距離，細(xì)胞粉碎機(jī)功率設(shè)置為325 W，超聲時間為10 min，超聲開、關(guān)時間各為5 s。最后，將超聲后的LM-乙醇溶液轉(zhuǎn)移至離心機(jī)離心，設(shè)置轉(zhuǎn)速為10 000 r/min，離心時間為10 min。離心結(jié)束后去除上清液，得到LM微米顆粒。

圖1 超聲制備LM微米顆粒過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the ultrasound preparation of LM micron particles

2.3 LM-LCE軟體致動器的制備

LM-LCE軟體致動器的制備如圖2所示。取2 g RM257、0.198 g正丁胺于20 mL透明玻璃小瓶中，其中液晶和正丁胺摩爾比為1.25∶1。加入0.02 g光引發(fā)劑I-651后，放置到150 ℃的熱臺上加熱。待各組分完全溶解后，取一定質(zhì)量（0 g，0.1 g，0.2 g，0.3 g，0.4 g；分別對應(yīng)液晶質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%，5%，10%，15%，20%）的LM微粒加入到混合溶液中攪拌至均勻。將混合均勻的墨水放入4D打印加熱料筒中，置于80 ℃真空干燥箱中反應(yīng)3 h后得到LM-LCE墨水。之后將墨水料筒放入4D打印機(jī)中，以特定程序?qū)M-LCE墨水打印到玻璃基板上，邊打印邊用紫外燈固化，打印完成后正反兩面分別繼續(xù)固化30 s，得到LM-LCE軟體致動器。

圖2 4D打印LM-LCE墨水的過程示意圖及LM-LCE墨水的分子結(jié)構(gòu)Fig.2 Schematic diagram of the process of 4D printing LM-LCE ink and the molecular structure of LMLCE ink

3 結(jié)果與討論

3.1 LM微米顆粒的形貌

LM在乙醇溶液中超聲10 min會被打碎成微粒分散在乙醇溶劑中（圖3（a））。將LM微粒配成稀溶液，并通過電位粒度分析儀測量其具體尺寸。圖3（b）呈現(xiàn)出LM顆粒尺寸分布在400～1 600 nm范圍內(nèi)，分布中心約為1 000 nm；圖3（c）為LM顆粒的TEM圖片，LM顆粒呈圓球形。

圖3 LM微米顆粒的表征。（a）LM顆粒分散在乙醇溶液中的照片；（b）LM顆粒粒徑分布圖；（c）LM微粒TEM圖片。Fig.3 Characterization of LM micron particles.（a） Photo of LM pellets dispersed in ethanol solution；（b） LM particle size distribution map； （c） LM particle picture.

3.2 不同條件對LM-LCE軟體致動器性能的影響

LM-LCE軟體致動器采用光熱驅(qū)動的方式：LM吸收光產(chǎn)生熱量使軟體致動器升溫，當(dāng)溫度達(dá)到LCE向列相態(tài)-各向同性態(tài)相轉(zhuǎn)變溫度（TNI）時，軟體致動器產(chǎn)生形變。TNI對于軟體致動器是一個重要的性能參數(shù)。為了探究LM微粒對TNI的影響，實驗中利用差示掃描量熱儀（DSC）測試了不同含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）LM微粒的LM-LCE墨水的相變溫度。圖4（a）為含有不同LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)的LM-LCE墨水的DSC曲線。不含LM微粒的LCE墨水的TNI為88.1 ℃，而加入LM顆粒后TNI略微增加，含有LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，10%，15%，20%的LM-LCE墨水的TNI分別為91.57，90.79，90.34，91.64 ℃。分析原因可能是由于LM顆粒與液晶聚合物分子鏈之間存在相互作用力，限制了LCE內(nèi)部鏈段的運動，但整體上20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以內(nèi)的LM含量對LM-LCE墨水的相轉(zhuǎn)變溫度影響并不大。LM微粒的加入會對LM-LCE軟體致動器的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。實驗中利用萬能試驗機(jī)對打印出來的沿長軸取向的單層LM-LCE軟體致動器進(jìn)行了力學(xué)測試，實驗結(jié)果如圖4（b）所示。隨著LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加（0%，5%，10%，15%，20%），LM-LCE的模量和拉伸斷裂強(qiáng)度增加，斷裂伸長率降低。

圖4 不同條件下LM-LCE軟體致動器的性能。（a）不同LM含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的墨水的DSC曲線；（b）不同LM微粒濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）下LM-LCE軟體致動器的應(yīng)力應(yīng)變曲線；（c）打印溫度和LM含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）對致動器驅(qū)動應(yīng)變的影響；（d）打印速度對致動器驅(qū)動應(yīng)變的影響。Fig.4 Performance of LM-LCE software actuators under different conditions. （a） DSC curves for inks with different LM content （mass fraction）； （b）Stress-strain curves of LM-LCE soft actuators under different LM particle concentrations （mass fraction）； （c） Effect of printing temperature and LM content （mass fraction） on actuator drive strain；（d） Effect of print speed on actuator drive strain.

實驗中固定噴頭壓力0.3 MPa，打印速度10 mm/s，噴嘴直徑0.5 mm。將含有不同LM微粒含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%，5%，10%，15%，20%）的LM-LCE墨水置于不同打印溫度下（60 ℃，65 ℃，70 ℃，80 ℃，90 ℃，100 ℃），分別打印出沿長軸取向的LM-LCE軟體致動器。測量在不同打印溫度下不同LM微粒含量的LM-LCE軟體致動器的最大驅(qū)動應(yīng)變。如圖4（c）所示，不同LM微粒含量的LM-LCE軟體致動器，隨著打印溫度的提高，致動器的驅(qū)動應(yīng)變會隨之降低；在打印溫度為60 ℃時，LM-LCE軟體致動器最大驅(qū)動應(yīng)變可達(dá)33%；在打印溫度為100 ℃時，LM-LCE軟體致動器的最大驅(qū)動應(yīng)變僅為6%。這是因為由于熵彈性的存在，鏈段會自發(fā)趨于無序。LM-LCE墨水中的液晶基元在噴嘴中由于剪切力而獲得取向的同時在不斷失去取向，其中溫度越高，鏈段運動越活躍，取向趨于無序的速度也越快。當(dāng)打印溫度達(dá)到一定值后，通過噴嘴取向的液晶基元快速恢復(fù)，光固化時已經(jīng)完全失去取向，打印出的致動器在無束縛條件下也會失去刺激響應(yīng)形變能力。但同時隨著LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，墨水粘度增大，所需要的打印溫度也越高。LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時，60 ℃的打印溫度下LM-LCE墨水已經(jīng)無法擠出；LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，60 ℃和65 ℃時也無法擠出；LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)到達(dá)20%時，80 ℃以上的料筒溫度下才能完成打印過程。當(dāng)LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以內(nèi)，在打印溫度為60 ℃時，驅(qū)動應(yīng)變雖然略有下降，但都能保持在30%以上。繼續(xù)增加LM濃度，LM-LCE墨水的擠出過程需要更高的溫度，打印出來的LM-LCE軟體致動器驅(qū)動應(yīng)變較低，因此LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%時不做進(jìn)一步探究。本實驗選用LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的LM-LCE墨水，調(diào)節(jié)打印溫度為65 ℃進(jìn)行接下來的打印參數(shù)測試。

LM-LCE墨水在打印時主要經(jīng)歷兩個作用力而發(fā)生取向：其一是噴頭擠出過程中受到的剪切作用力，另一個是在基底上打印時由于打印速度高于噴頭擠出速度而受到的拉伸作用力。擠出過程所導(dǎo)致的取向情況主要由打印溫度所控制。拉伸所導(dǎo)致的取向主要由打印速度所控制。實驗中固定LM-LCE 墨水的LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，打印壓力0.3 MPa，打印溫度65 ℃，打印速度從2 mm/s逐漸提高到14 mm/s。如圖4（d）所示，LM-LCE軟體致動器的驅(qū)動應(yīng)變先提高，在打印速度為10 mm/s時趨于穩(wěn)定，原因可能是10 mm/s的打印速度已經(jīng)實現(xiàn)了LM-LCE墨水所能到達(dá)的最大取向。如果繼續(xù)增加打印速度，打印在基底上的液晶不連續(xù)，軟體致動器無法成型，所以選用10 mm/s的打印速度進(jìn)行接下來的實驗探究。

3.3 LM-LCE驅(qū)動機(jī)理及性能

LCE的變形模式取決于液晶基元的排列方向，如果LCE薄膜上所有的液晶基元都沿著一個方向排列，則LCE薄膜可以發(fā)生沿排列方向的收縮。但是液晶基元的取向可以更為復(fù)雜，如傾斜、扭曲誘導(dǎo)LCE薄膜發(fā)生更復(fù)雜的變形。相比于形狀記憶聚合物和水凝膠，LCE具有相對較快的刺激響應(yīng)速度（≈100 ms）和大的各向異性變形（＞400%），且形變過程是可逆的［24］。LM具有光熱轉(zhuǎn)換功能［25］，將LM摻雜進(jìn)LCE中可以使LCE能夠在紅外光照射下驅(qū)動。

設(shè)計上下兩層打印方向分別為平行/垂直于長軸方向（圖5（a）），打印得到的軟體致動器上層的液晶基元沿著長軸取向，下層的液晶基元垂直于長軸取向。當(dāng)軟體致動器被加熱到TNI以上時，上層延長軸方向發(fā)生收縮，垂直于長軸方向發(fā)生膨脹；下層則是沿長軸方向發(fā)生膨脹，垂直于長軸方向發(fā)生收縮。所以軟體致動器在加熱時會表現(xiàn)出向上、向內(nèi)的彎曲。由于長軸方向收縮/膨脹變化較大，所以主要發(fā)生向上彎曲。圖5（b）為在808 nm近紅外光照射下具有上下兩層垂直取向結(jié)構(gòu)的LM-LCE軟體致動器彎曲前后照片。利用紫外-可見光譜儀測試LM-LCE的光吸收性能，結(jié)果如圖5（c）所示。LM-LCE軟體致動器在全光譜范圍內(nèi)均呈現(xiàn)較好的光吸收性能。本實驗中主要通過近紅外光探究和演示LMLCE軟體致動器的光驅(qū)動性能。接著對LMLCE軟體致動器的光熱轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行探究，使用功率密度分別為0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 W/cm2的808 nm近紅外光照射打印后制備的單層LM-LCE軟體致動器，使用紅外熱成像儀記錄其表面溫度變化。如圖5（d）所示，隨著光功率密度的提高，LM-LCE軟體致動器的升溫速率和所達(dá)到的最大溫度均提高。光強(qiáng)為0.5 W/cm2時，致動器表面溫度迅速升高，10 s內(nèi)達(dá)到120 ℃，16 s 達(dá)到最高溫度130 ℃，之后溫度趨于穩(wěn)定。由此可以看出，LM微米顆粒具有良好的光熱轉(zhuǎn)換能力。隨著光照強(qiáng)度的增加，LM-LCE軟體致動器的彎曲速率也在不斷增加（圖5（e））。光強(qiáng)分別為0.2，0.3，0.4，0.5 W/cm2時，LM-LCE軟體致動器達(dá)到最大彎曲角度的時間分別為35，22，16，12 s。與此相比，不添加LM微米顆粒的LCE軟體致動器在0.5 W/cm2的光照強(qiáng)度下并不發(fā)生彎曲變形。另外，近紅外光照射LM-LCE軟體致動器驅(qū)動時存在自遮蔽效應(yīng)：當(dāng)近紅外光光源從正上方照射，在軟體致動器彎曲角度達(dá)到90°時，處于高處的致動器會遮蔽紅外光繼續(xù)照射彎曲處，從而使彎曲角度穩(wěn)定在90°。

圖5 LM-LCE軟體致動器的光驅(qū)動示意圖及性能。（a）LM-LCE軟體致動器的結(jié)構(gòu)和彎曲過程示意圖；（b）LM-LCE軟體致動器的彎曲過程照片；（c）LM-LCE軟體致動器的紫外-可見光光譜；（d）不同光強(qiáng)下LM-LCE軟體致動器的溫度隨時間變化曲線；（e）不同光強(qiáng)下LM-LCE軟體致動器的彎曲角度隨時間變化曲線；（f）LM-LCE軟體致動器的結(jié)構(gòu)和扭曲過程示意圖；（g）LM-LCE軟體致動器的扭曲過程照片。Fig.5 Schematic diagram and performance of optical drive of LM-LCE software actuator.（a） Schematic diagram of the structure and bending process of the LM-LCE software actuator； （b） Photo of the bending process of an LM-LCE software actuator； （c） UV-Vis spectrum of LM-LCE soft actuators； （d） Temperature variation curves of LM-LCE software actuator with time under different light intensities； （e） Bending angle of LM-LCE software actuator under different light intensity changes with time； （f） Schematic diagram of the structure and twisting process of the LMLCE software actuator； （g） Photo of the twisting process of an LM-LCE software actuator.

可以通過設(shè)計上下兩層打印方向與長軸呈固定角度α/β（α、β分別代表上下兩層打印方向于長軸方向所呈現(xiàn)的角度，圖5（f）），制備出的LMLCE軟體致動器可在近紅外光照射下發(fā)生螺旋變形。當(dāng)角度分別為15°/165°，30°/150°，45°/135°，60°/120°，75°/105°時，LM-LCE軟體致動器在近紅外光下的螺旋變形情況如圖5（g）所示。

3.4 LM-LCE可編程形變

將LM-LCE墨水按預(yù)先設(shè)計的圖案和液晶基元排列方式打印，所得到的LM-LCE軟體致動器可發(fā)生更復(fù)雜且可以提前設(shè)計的驅(qū)動變形。如圖6（a）所示，設(shè)計LM-LCE軟體致動器呈雙層結(jié)構(gòu)，兩層中液晶基元取向互相垂直，且在不同位置交替排列。當(dāng)用近紅外光照射時，LM-LCE軟體致動器就可發(fā)生提前設(shè)計的波浪狀彎曲形變，如圖6（b）所示。如圖6（c）所示，設(shè)計LMLCE軟體致動器呈單層結(jié)構(gòu)，其中液晶基元呈螺旋結(jié)構(gòu)排列，以陣列形式重復(fù)6次。當(dāng)用近紅外光照射時，LM-LCE軟體致動器可以發(fā)生以螺旋中心為頂點的凸起變形，如圖6（d）所示。

圖6 LM-LCE軟體致動器的復(fù)雜變形。（a）具備交替正交取向結(jié)構(gòu)的LM-LCE軟體致動器的變形過程示意圖；（b）具備交替取向結(jié)構(gòu)的LM-LCE軟體致動器的變形過程照片；（c）具有圓錐形陣列取向結(jié)構(gòu)的LM-LCE軟體致動器的變形過程示意圖；（d）具有圓錐形陣列結(jié)構(gòu)的LM-LCE軟體致動器的變形過程。Fig.6 Complex deformations of LM-LCE soft actuators. （a） Schematic diagram of the deformation process of an LMLCE soft actuator with an alternating orientation structure； （b） Photo of the deformation process of an LM-LCE soft actuator with alternating orthogonal structure； （c） Schematic diagram of the deformation process of LM-LCE soft actuator with conical array structure； （d） Deformation process of LM-LCE soft actuator with spiral array structure.

4 結(jié)論

本文基于4D打印技術(shù)，提出了一種可以通過編程液晶基元取向方式得到特定復(fù)雜形變的LM-LCM光驅(qū)動軟體致動器的方法。首先觀測LM微球的尺寸大小，通過電位粒度分析儀了解到LM顆粒尺寸分布在400～1 600 nm范圍內(nèi)，分布中心約為1 000 nm。其次探究了不同條件對LM-LCE軟體致動器性能的影響。確定在LM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的LM-LCE墨水，打印溫度為65 ℃，打印速度為10 mm/s，打印壓力為0.3 MPa的實驗條件下進(jìn)行LM-LCE致動器可編程形變的研究。接著探究了LM-LCE軟體致動器的光熱性能，在光強(qiáng)為0.5 W/cm2的紅外光照射下，致動器表面10 s內(nèi)可達(dá)到120 ℃。最后通過4D打印技術(shù)成功制得了具備交替正交取向結(jié)構(gòu)的光驅(qū)動LM-LCE軟體致動器和具有圓錐形陣列取向結(jié)構(gòu)的光驅(qū)動LM-LCE軟體致動器，達(dá)到了可以通過編程液晶基元取向來實現(xiàn)特定形變的效果。本論文所制備的LM-LCE軟體致動器有望在醫(yī)療、軍事和軟體機(jī)器人領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。