综述：电驱动液晶聚合物

这篇综述系统总结了电驱动液晶聚合物（LCPs）的最新研究进展，重点介绍了基于电热（Electro-thermal）、介电（DLCEs）、面内电场（LCNs）、离子（iLCEs）和铁电（FLCEs）等不同驱动原理的LCPs材料特性、工作机制及应用前景，特别强调了其在人工肌肉（Artificial muscles）、软体机器人（Soft robotics）和微流控（Microfluidics）等领域的独特优势。

　　

电驱动液晶聚合物的智能变形革命

1 引言

作为典型的智能软材料，液晶聚合物（LCPs）在外界刺激下能产生显著可逆形变，兼具优异的力学性能和加工特性。这类材料在人工肌肉、软体机器人、智能织物和微流控等领域展现出巨大潜力。其中，电驱动LCPs因其可与电路集成实现可编程控制、多通道并行操作等优势，成为当前研究热点。

2 电热驱动液晶弹性体

2.1 内部复合方式

通过掺杂导电材料（如碳黑、液态金属）或嵌入电热丝（Pt、Cu、Ni-Cr合金），可实现低电压（<30V）驱动。液态金属（LM）与LCE形成的核壳结构纤维，在2.4V电压下10秒内可实现40%的应变，应变速率高达284%/s。但热积累问题导致响应频率通常低于10Hz。

2.2 外部复合方式

磁控溅射金（Au）涂层的超薄LCE薄膜（10μm）展现出惊人性能：在30V电压下应变速率达750%/s，功率密度1360W/kg，远超人体骨骼肌（280W/kg）。图案化导电材料（如银纳米线）可实现区域选择性驱动，模拟捕蝇草等生物的特异性响应。

3 介电液晶弹性体（DLCEs）

与传统各向同性介电弹性体不同，单畴DLCEs利用液晶取向导致的模量差异（∥方向38.4MPa vs ⊥方向2.8MPa），在3.5kV电压下可实现20%的定向膨胀。最新研究通过空间电荷机制将驱动电压降至8V/μm，并实现双向驱动模式。

4 其他驱动机制

4.1 面内电场驱动LCNs

基于液晶分子有序参数变化的动态表面变形，在900kHz、7.5V/μm电场下可实现6%的厚度变化，应用于自清洁表面和盲文显示。

4.2 离子液晶弹性体（iLCEs）

利用阴阳离子尺寸差异（如[EMIM⁺][TFSI^-]）实现弯曲变形（1.18%应变），结合电热效应还可产生20%的线性收缩。但循环稳定性仍是挑战。

4.3 铁电液晶弹性体（FLCEs）

基于SmC^*相的电极化效应，在2.5V/μm电场下产生0.6%的层间距变化，响应频率可达20Hz，具有独特的记忆效应。

5 创新应用

5.1 人工肌肉性能突破

LCE-LM-LCE三明治结构纤维功密度达417kJ/m³，是骨骼肌（40kJ/m³）的10倍；CNT/LCE多层膜在4000倍自重负载下仍保持导电稳定性（R/R₀<1.15）。

5.2 软体机器人革新

通过电路编程控制，电驱动LCPs实现了包括仿生泵（Biomimetic pump）、爬行机器人（Crawling robot）和机械鱼（Robotic fish）等微型化（<1cm）智能装置。

5.3 仿生自适应系统

集成传感-驱动单元的LCE薄膜可模拟含羞草（Mimosa）的级联响应，8个自驱动门（SPG）单元能实现触碰信号的顺序传递。

5.4 阵列化微流控芯片

场可编程形变阵列（FPTMA）通过LCE微柱（25μm）的协同变形，实现了液滴运输、分裂、提取等复杂微流控操作，为"芯片实验室"提供新范式。

6 展望

电驱动LCPs正朝着多机制协同（如光-电-热耦合）、微结构优化（如可拉伸电极设计）和系统集成（如闭环控制）方向发展。解决热积累（Electro-thermal）、高电压（DLCEs）和循环稳定性（iLCEs）等核心挑战，将加速其在生物医学和智能器件领域的实际应用。