食品科学与农业工程|李木军等:基于旋转3D打印的液晶弹性体(LCE)超螺旋致动器
- 2026-03-21 08:56:20
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·安徽农业大学学报·
作者简介
作者简介：朱正清，硕士研究生，中国科学技术大学工程科学学院
通信作者：李木军，副教授，中国科学技术大学工程科学学院
摘要及关键词
摘 要：【目的】近年来，柔性机器人、智能农机装备与动物微创医疗器械的快速发展对兼具高应变和高功率密度的新型软体致动器提出了需求。然而，现有智能材料多局限于单一轴向收缩或简单弯曲，难以在行程与输出力之间取得平衡，制约了其在复杂、高负载场景下的应用。为此，本研究受DNA超螺旋的高能量‑高形变机制启发，旨在开发一种能够实现协同扭转‑卷曲变形、兼具高应变与大功率密度输出的新型液晶弹性体（LCE）超螺旋致动器。【方法】该液晶弹性体（LCE）超螺旋致动器基于旋转 3D 打印，通过在纤维亚体素尺度对指向矢实施螺旋取向编程，使LCE细丝在热触发下产生类似DNA的扭转‑卷曲协同形变，从而实现远超传统LCE致动器的轴向行程与功率密度。【结果】双纤维手性匹配的超螺旋致动器在无外载时可获得超过 90 %的轴向收缩应变，在自重千倍级负载下仍可输出 350 J·kg-1的机械功。【结论】该致动策略不仅为软体机器人、动物医疗器械和可穿戴辅具提供了高性能驱动新范式，也契合现代精准农业对轻质、快速、低能耗执行器的需求，有望推动农用设备的小型化与智能化。
关键词：软体执行器；各向异性；3D打印；液晶弹性体；螺旋取向
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朱正清, 李木军. 基于旋转3D打印的液晶弹性体（LCE）超螺旋致动器[J]. 安徽农业大学学报, 2025, 52(6): 1163-1168.
ZHU Z Q, LI M J. Supercoiled liquid crystal elastomer actuators based on rotational 3D-printing[J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2025, 52(6): 1163-1168.
DOI: 10.13610/j.cnki.1672-352x.20260107.027
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《安徽农业大学学报》是安徽农业大学主办，面向国内外公开发行的综合性农业学术期刊。主要刊登茶学、作物学、林学、动物科学、动物医学、生物学、园艺、植物保护、食品科学、环境科学和农业工程等相关学科的学术论文、研究报告等。为中国科技核心期刊（中国科技论文统计源期刊），《中国科学引文数据库（CSCD）》（2025—2026年度）来源期刊、入选2025版《科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告》和中国科技期刊卓越行动计划（二期）集群（集团）化试点项目（A类），被化学文摘(美)（2025）和日本科学技术振兴机构数据库(日)（2025）收录。
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