近日，中国科学技巧大学李木军解释和合营者建议一种复合冷场 3D 打印战略，在近环境温度反应型液晶弹性体（NAT-LCEs，Liquid crystal elastomers with near-ambient temperature-responsiveness）的制造与功能调控方面赢得了以下中枢末端与发现。

第一，他们已毕了高取向度 NAT-LCEs 的 3D 打印技巧冲破，开拓了低温喷嘴与冷却平台协同温控系统，让低温针头通过剪切应力增强挤出经过中液晶基元的取向陈列。同期，他们让冷却打印平台看守低温环境，已毕取向的快速锁定并扼制紫外固化放热对基元的取向有序性的芜乱。另外，他们已毕了向列有序性的显赫擢升，选拔广角 X 射线散射（WAXS，Wide-Angle X-Ray Scattering）测定有序参数（S）达 0.406，较传统室温 3D 打印（S=0.013）擢升 3000%。

第二，他们已毕了自愿 3D 形变与双向可编程运行。诈骗打印经过中 NAT-LCEs 的相变温度的偏移气候，让打印的 2D 平面结构在脱离平台后，自愿形变为预设的 3D 结构。进一风物，他们通过环境温度调控已毕了双向可逆形变。

第三，他们已毕了梯度材料与功能器件的更动。通过调控针头与平台温度，他们已毕了 NAT-LCEs 的梯度性能辩论，在单一构件中集成了多区域互异化取向，相沿复杂形变形态。同期，他们开拓了基于 3D 打印 NAT-LCEs 的生物兼容可一稔器件，经过优化辩论的腕带系统可自动贴合东说念主体皮肤，通过温度反应形变增强心率信号监测精确度，考证了其在医疗监测与自相宜一稔诞生中的应用后劲。

追念来说，本次辩论不仅冲破了兼顾 NAT-LCEs 高取向度与复杂 3D 结构的制造不毛，还揭示了相变温度动态调控运行自愿形变的机制，为智能材料在软体机器东说念主、生物医疗等规模的应用开辟了新阶梯。

据先容，本辩论针对 NAT-LCEs 在制造兼具可编程结构与高取向度性能的要道瓶颈张开。其配景与动机可归纳为以下三点：

领先，惩办应用需求与材料本性矛盾。NAT-LCEs 因其近环境温度的相变本性，在生物兼容诞生、低功耗软体机器东说念主等规模后劲显赫。然而，传统 LCEs 的相变温度需高能量输入且存在生物安全隐患，截至了其践诺应用。尽管比年辩论使命通过化学改性已将 TNI 降至近环境温度，但若何同期已毕高取向度与复杂 3D 结构的制造如故中枢挑战。

其次，惩办现存制造技巧的“双维度局限”。模塑法虽能调控液晶基元陈列，但仅能生成简短单轴/旋转取向的 2D 结构，无法构建 3D 复杂相貌。直写 3D 打印（DIW，Direct Ink Writing）虽可通过挤前阶梯编程液晶基元陈列，但常温打印时墨水黏度低、剪切应力不及，导致取向度极低，且紫外固化经过放热会芜乱基元有序性。

再次，挖掘相变温度动态调控的未开拓后劲。现存辩论不雅察到低聚物墨水固化前后 TNI 存在 5-35℃的互异，但未诈骗此本性已毕打印经过中的自愿 3D 形变。此外，由于室温在 NAT-LCEs 的温度反应区间内，使之具备双向形变后劲，但传统高飘荡温度 LCEs 无法体现这一本性。

辩论中，他们所靠近的问题是：若何通过工艺更动在 3D 打印中同步已毕液晶基元高取向与复杂结构？以及能否诈骗 NAT-LCEs 的相变温度偏移本性和近室温特色，开拓自愿形变与双向运行功能？

为此，他们选拔液体冷却系统，确保墨水挤出时处于向列相，通过剪切应力指导液晶基元沿流动看法陈列，并诈骗半导体制冷快速锁定取向，幸免紫外固化放热芜乱介晶有序性。通过此，他们已毕了双温区协同适度的 DIW 3D 打印机，已毕打印经过温度梯度场（5–25℃）的精确调控。

同期，他们通过迈克尔加成反应合成了低聚物墨水，羼杂了液晶单体、链蔓延剂以及光激励剂。另外，他们还优化单体比例，将墨水相变温度降至 15.6℃，确保其在近室温下反应。

然后，他们通过流变实验考证剪切稀化效应详情可打印性，辩论低温对 NAT-LCE 墨水剪切取向增强的影响。其发现，打印经过中墨水固化激励相变温度从 15.6℃ 升至 45℃，这么一来打印的 2D 平面结构在脱离平台之后，会自愿形变为预设的 3D 结构。

此外，他们还诈骗相变温度反应区间涵盖室温的本性，已毕 NAT-LCEs 在升温与降温时的双向运行。并通过退换针头与平台温度，在单一构件中集成多区域互异化取向。

接着，他们开拓了基于 3D 打印 NAT-LCEs 的自相宜心率监测腕带，诈骗材料近体温反应本性，腕带不错在需要时自动加热裁减，并能增强信号网罗精确度。总的来说，这项辩论激动了 NAT-LCEs 在软体机器东说念主、生物医疗等规模的应用从实验室向产业化迈进。

日前，联系论文以《近环境反应性液晶弹性体的 3D 打印，其具有增强的向列相步骤和多态飘荡本性》（3D Printing of Near-Ambient Responsive Liquid Crystal Elastomers with Enhanced Nematic Order and Pluralized Transformation）为题发在ACS Nano[1]，中国科学技巧大学硕士生李东晓、孙宇轩博士为论文共同第一作家，中国科学技巧大学李木军解释、张世武解释和孙宇轩博士担任共同通信作家 [1]。

参考辛苦：

1.Li, D., Sun, Y., Li, X., Li, X., Zhu, Z., Sun, B., ... & Li, M. (2025). 3D printing of near-ambient responsive liquid crystal elastomers with enhanced nematic order and pluralized transformation.ACS Nano,19(7), 7075-7087.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c15521

排版：刘雅坤、何晨龙