Adv. Funct. Mater. | 致动与传感兼具的液晶弹性体和聚离子液体复合材料

今天与大家分享一篇发表在Advanced Functional Materials上的文章，标题是“致动与传感兼具的液晶弹性体和聚离子液体复合材料”。本文的通讯作者为加拿大Sherbrooke大学化学学院的Zhao Yue教授。

液晶弹性体（LCE）结合了液晶的取向有序性和聚合物网络的可逆形变能力，已在柔性电子、软体机器人、可穿戴智能纺织品或器件等前沿领域展现出广阔的应用前景。与传统弹性体不同，LCE能够在外界刺激（如温度、光或电场）触发介晶基元的有序-无序（即液晶-各向同性）相变时发生可逆形变。这一独特能力为设计多功能器件提供了新的机遇。然而，尽管在光致和热致驱动方面取得了显著进展，但具有优异电传感能力的LCE驱动器的开发仍然有限。对于基于LCE的柔性传感器或自传感材料而言，在维持有序液晶结构和实现实时、可测量的电响应（如电阻变化）之间取得平衡至关重要。这种功能集成可以在无需额外传感单元的情况下实现形变过程的实时监测和反馈控制，在智能可穿戴设备、自传感软体机器人和人机交互中备受青睐。

在LCE中引入电响应的主要策略是添加导电组分以建立电子或离子传输通路。通常，碳纳米管被掺入LCE中主要是为了构建用于焦耳热驱动的导电路径，不涉及传感功能。碳纳米管的存在不可避免地使材料呈现黑色，并且由于形成刚性的渗流网络，常常导致可拉伸性降低。相比之下，在LCE中引入离子液体可以建立基于电阻变化的离子传输通路用于传感，尽管这种传感常常伴随着介晶基元排列和致动性能的下降。在作者先前的研究中，通过使用CaCO₃纳米粒子作为牺牲模板，控制减压下溶剂蒸发，制备了基于聚酯的多孔LCE，随后将小分子离子液体渗入孔中。虽然这种方法实现了用于传感的离子传导，但多孔性和可移动离子液体的引入导致致动性能明显降低。另一方面，LCE致动器中的液态金属在拉伸应变或温度变化下通常表现出非常小的电阻变化，这限制了它们在应变和温度传感应用中的灵敏度。小分子离子液体或液态金属的另一个问题是，在热致动或长时间加热过程中可能发生泄漏或重新分布，这可能限制实际器件中传感功能的可靠性。值得注意的是，使用含有液态金属芯的同轴LCE纤维来实现集成的致动和传感，可以解决泄漏问题。在这种情况下，致动是通过液态金属的焦耳热触发的，而传感则源于金属芯几何变形引起的电阻变化。尽管这种同轴纤维方法实现了可靠的电学测量，但其电阻变化受限于微小几何变化，相对较小。

为了解决上述挑战，本研究引入了一种半互穿聚合物网络（semi-IPN）方法，将LCE与聚离子液体（PIL）相结合。虽然PIL的导电性低于小分子离子液体，但其大分子结构赋予了更高的机械和热稳定性。将PIL纳入LCE中，可以在可拉伸性、致动性能和基于电阻的传感之间实现更均衡的组合。由于其聚合物性质和高粘度，PIL不会发生泄漏，这显著提高了组分稳定性和操作可靠性。此外，与多孔离子液体填充LCE致动器的多步制备过程（聚合物合成、LCE中形成孔隙、离子液体渗透）不同，LCE/PIL复合材料以可3D打印墨水形式的一锅法制备，极大地简化了集成电传感功能的LCE致动器的制造。

在作者的方法中，用作LCE前体的液晶低聚物（LCO）与PIL混合，形成可3D打印的墨水。打印过程中，在剪切和拉伸力作用下，LCO沿打印路径发生取向，随后施加紫外光进行链交联以锁定介晶基元的取向，从而制备出LCE/PIL致动器。所得的LCE/PIL复合材料具有IPN特征的有限相分离，PIL形成了离子通路，同时保持了致动LCE的机械完整性。

图1、LCO/PIL墨水3D打印装置及打印复合材料细丝微结构示意图。 LCO/PIL墨水被加热至温度 T = 60°C，并从内径 d = 0.6 mm 的喷嘴中挤出。打印过程中，喷嘴尖端以速度 v = 2 mm/s 移动，喷嘴尖端与热台之间的距离为 h = 0.3 mm。由于挤出过程中产生的剪切力，液晶介晶基元沿打印路径取向，随后紫外光诱导的交联固定取向。在该复合致动器中，通过半互穿聚合物网络内的受限相分离形成了作为离子传输连续通路的PIL富集区。(B) 用于制备可打印墨水的LCO和PIL的化学结构。(C) LCO、PIL及其共混物（含70 wt% LCO和30 wt% PIL，缩写为Ink₇₀）的第二次加热DSC曲线

图1A展示了3D打印过程，重点突出了液晶介晶基元的取向以及细丝内部离子传导通道的形成。可打印墨水通过将LCO与PIL机械混合制备，确保混合均匀。在挤出过程中，喷嘴产生的剪切应力诱导介晶基元沿打印方向取向。同时，LCO与PIL之间的相分离导致形成了相互连通的离子通道，这对于材料的电响应性至关重要。图1B显示了LCO和PIL的化学结构。LCO是通过RM257（一种液晶单体）与EDDET（一种扩链剂）之间的丙烯酸酯-硫醇迈克尔加成反应合成的，其中RM257中的丙烯酸酯基团相对于EDDET中的硫醇基团过量15%，以确保后续步骤中的有效交联。PIL通过涉及季铵化和离子交换反应的两步法合成。图1C展示了这两种组分以及它们在某一种组成下的混合物的热性能，该组成为70 wt% LCO和30 wt% PIL，记为Ink₇₀（下标数字为LCO的wt%）。LCO的玻璃化转变温度（T_g）约为-21°C，向列相-各向同性相变温度（T_NI）为54°C，而PIL的T_g约为-19°C。由于两种组分具有相似的T_g值，无法从T_g可靠地评估共混物的混溶性。通过改变共混物的组成，墨水的T_g值约为-19°C，而T_NI随着PIL含量的增加而明显升高（对于Ink₅₀约为72°C）。尽管PIL与LCO发生相分离，但界面相互作用可能会产生降低介晶基元有序度的效应，这可能降低向列相-各向同性相变焓（ΔH_NI），甚至更大程度地降低熵变（ΔS_NI）。在这种情况下，T_NI可能升高，因为热力学上T_NI = ΔH_NI / ΔS_NI。

为了优化打印过程，作者评估了几个参数，重点关注介晶基元的取向和挤出可行性。除非另有说明，所有细丝均使用0.6 mm喷嘴在60°C下打印，层高为0.3 mm，打印速度为2 mm/s。当加热器设定为60°C时，测得的喷嘴尖端温度约为40°C，低于所制备墨水的T_NI。这确保了介晶基元在挤出过程中保持在向列相，这对于实现介晶基元的宏观取向至关重要。这些优化参数的整合使得打印细丝中的液晶取向和离子通道形成得以精确控制，随后在UV固化室中使用UV辐照进行交联。交联通过涉及RM257中过量丙烯酸酯基团的自由基反应实现，由LCO合成过程中加入的光引发剂DMPA激活，有效地固定了介晶基元的取向。

图2、(A) 打印的LCE/PIL细丝（记为LCE_x，其中x是墨水中液晶低聚物的wt%）的DSC曲线。(B) LCE₉₀和LCE₅₀在25°C和100°C下的照片，显示可逆形变。(C) LCE/PIL细丝的方位角强度分布（2θ范围在16°到22°之间）。(D) LCE/PIL细丝的最大致动应变。(E) LCE/PIL致动器的SEM图像。比例尺：20 µm。(F) 加热过程中测量LCE/PIL细丝电阻的装置。(G) 温度依赖的电阻。(H) LCE₅₀条带在不同应变下的相对电阻变化，每个应变在室温下进行五次拉伸-松弛循环。(I) LCE₅₀条带的相对电阻变化与伸长应变的函数关系图，其线性回归得出应变传感的应变系数（GF）为1.97。(J) LCE/PIL细丝的拉伸应力-应变曲线

图2A展示了具有不同组成的打印LCE/PIL致动器的差示扫描量热（DSC）曲线，样品记为LCE_x（下标x为所用墨水中LCO的wt%）。在第一次冷却循环中，大约100°C附近观察到一个宽的各向同性-向列相转变峰，反映了LCE的介晶行为。有趣的是，这个T_NI在第二次加热循环中明显不存在，表明打印细丝中的相变区域变宽，这意味着LCE/PIL复合材料中存在异质性。这种宽泛的有序-无序相变对于需要渐进、可编程和温度决定致动的应用是有利的，例如热控可变开度开关阀、温度校准的人工肌肉和其他梯度致动器。从图2B中LCE₉₀和LCE₅₀在25°C和100°C下的照片可以看出，打印的细丝在加热和冷却时表现出可逆形变。为了评估介晶基元的取向，对所有打印细丝记录了二维广角X射线衍射（2D WAXD），显示在所有样品中介晶基元平行于打印方向排列。图2C展示了具有不同配方的LCE样品的2D WAXD图案的方位角强度分布。尽管PIL的存在对介晶基元取向有破坏作用，但即使PIL含量达到50 wt%时，介晶基元仍然保持良好排列。取向参数S随着PIL含量的增加而持续下降，从LCE₁₀₀（无PIL）的0.58降至LCE₅₀（PIL含量最高）的0.43。图2D总结了LCE样品的最大致动应变，数值在约30%到37%之间变化。使用扫描电子显微镜（SEM）进一步分析了细丝的微观结构。从图2E可以看出，与纯LCE₁₀₀相比，由于相分离，LCE/PIL复合材料中形成了小的球形域（大多数直径为0.5-5 µm）。这些域对应于PIL（或PIL富集区），大小和密度似乎随着PIL含量的增加而增加。当LCE₅₀中PIL含量达到50 wt%时，球形域合并成连续区域，在此LCE/PIL复合材料中形成了双连续相形态。连续的PIL相有利于离子传导，因为它形成了离子导电通路，从而增强了离子传输并将材料的电阻降低到可测量范围。还进行了原子力显微镜（AFM）测量，证实了SEM揭示的相分离。

尽管LCE/PIL复合材料具有离子导电性，但其电阻仍然很高，这阻碍了其作为电路一部分的使用。然而，高电阻使得该材料系统在响应机械形变和环境条件变化时表现出更显著和灵敏的电阻变化。因此，为了全面评估LCE/PIL致动器的传感能力，作者使用电阻而非电导率作为主要测量参数，在实际器件配置中通过万用表直接方便地检测电阻变化。图2F显示了用于测量打印LCE/PIL细丝电阻随温度变化的装置。从图2G可以看出，所有细丝都显示出电阻随温度升高而降低，但在给定温度下它们具有非常不同的电阻值。有两个参数似乎决定了电阻。第一个是LCE基质中的PIL含量。鉴于两组分之间的相分离，增加PIL含量意味着更多的渗流PIL域，从而改善离子通路的连通性，导致更低的电阻。在细丝中，只有LCE₅₀在室温下表现出可测量的电阻，这归因于其主要的双连续相形态，而电阻落入可检测范围的温度随着PIL含量的降低而升高。第二个参数是温度。升高温度增强了PIL相内的离子迁移率，导致电阻迅速下降。然而，随着温度进一步升高，电阻下降减慢，因为离子传导变得饱和。需要注意的是，T_NI作为LCE相中介晶基元的有序-无序相变温度，与细丝的电阻没有直接关系，尽管相变引起的大形变可能会影响PIL相的形态，从而影响电阻。随后，研究了LCE₅₀致动器的形变传感性能。将LCE₅₀条带以5毫米/分钟的速度逐步拉伸至10%到90%之间的应变，然后释放。相应的电阻变化如图2H所示。结果表明，在室温下，经过五次连续的拉伸-松弛循环，电阻变化是可重复的。随着应变的增加，电阻增加，这很可能是由于内部离子传导通道受到更严重的破坏。这种行为通过定义为 ΔR/R₀ = (R - R₀)/R₀ 的相对电阻变化来量化，其中R₀和R分别是拉伸前后的电阻。重要的是，如图2I所示，在10%–90%的弹性伸长范围内，ΔR/R₀显示出近乎线性的相关性，其斜率给出了1.97的应变系数（GF），表明该材料可以作为可靠的定量应变传感器。当施加的应变超过约90%时，发生不可逆的塑性变形，导致电响应的可重复性丧失。图2J显示了不同组成的LCE样品的拉伸应力-应变曲线。随着PIL含量的增加，虽然刚度（杨氏模量）和拉伸强度（这些样品中的断裂强度）逐渐下降，但这些材料仍然保持机械韧性，因为它们的断裂伸长率随着PIL含量的增加而增加。这些结果，结合SEM和AFM揭示的形态，证实了尽管存在相分离，但两组分是相容的，这可能是由于半IPN结构和界面处强分子间作用力（范德华力和离子-偶极相互作用）的共同作用，防止了机械性能的显著恶化。此外，应该注意的是，LCE₅₀细丝似乎是吸湿的。当环境相对湿度（RH）从约22%增加到63%时，由于其亲水性PIL相吸收水分，提高了离子迁移率，从而降低了电阻，导致其电阻下降。然而，当样品返回到低湿度环境时，电阻完全恢复，这意味着高湿度下的吸水不会影响复合材料的结构。这种对湿度变化的可逆电响应表明LCE/PIL细丝也能够检测湿度变化。在环境条件下储存时，LCE/PIL细丝的致动和传感能力保持稳定，没有表现出尺寸变化或两组分之间相分离的增加。

图3、LCE/PIL致动器在第二次加热循环中致动应变与温度的关系图以及长度对温度的一阶导数（dL/dT）图（预载荷：0.01 N）

使用热机械分析（TMA）系统分析了打印细丝的致动行为，从而深入了解其热响应特性。尺寸为4.2 × 14 × 0.3 mm³的样品承受0.01 N的微小负载，并按照设定的程序在温度范围内测量其长度。长度的致动应变使用以下方程计算：ΔL/L₀ = (L - L₀)/L₀，其中L是给定温度下测得的长度，L₀是第二次加热循环中在-25°C（低于T_g）时的参考长度。所有LCE/PIL细丝获得的结果如图3所示，绘制了它们的致动应变ΔL/L₀随温度的变化曲线以及长度对温度的一阶导数（dL/dT）。可以得出以下观察结果：（1）所有样品在加热时收缩，在冷却时伸长，即长度方向具有负热膨胀系数。这种LCE的预期行为与传统的各向同性弹性体不同，后者通常在加热时膨胀。作为致动应变测量的对照试验，通过用聚乙二醇（PEG）替代介晶单元合成了非介晶弹性体；在相同条件下，它在加热时膨胀，在冷却时收缩。（2）所有样品在加热时似乎分两步收缩。第一步发生在T_g以上，在室温附近达到几乎恒定的速率，这主要对应于取向链段的松弛。第二步发生在T_NI附近，显然是由介晶基元的有序-无序相变引起的，收缩速率在大约100°C时加速到最大值，致动过程在大约140°C时完成。（3）与表现出37%可逆致动应变的纯LCE细丝（LCE₁₀₀）相比，复合细丝中PIL的存在（LCE₅₀中高达50 wt%）略微降低了致动应变，因为LCE/PIL样品的最大致动应变在30%至35%之间（图2D）。有趣的是，致动应变的降低（可归因于非介晶PIL对取向介晶基元的破坏）似乎与PIL含量不成正比，这意味着形态对致动应变有影响。特别是，LCE₆₀样品显示出35%的致动应变，与LCE₁₀₀的37%致动应变相似，尽管含有40%的PIL。LCE₆₀保持的高致动应变可能与其相形态有关，该形态允许致动应力有效地作用于PIL域，使它们能够顺应致动变形。即使对于LCE₅₀，与纯LCE₁₀₀相比，致动应变也仅下降了5.5%。此外，由于介晶基元有序-无序相变之前的链松弛，在宽温度范围内发生的可逆致动也是一个有趣的特征，这与传统LCE致动器在其尖锐的T_NI附近通常看到的突然变形形成对比。这一特征不仅实现了更平滑的变形，而且提供了对致动过程的更大控制，使这些材料适用于需要温度门控变形精度的应用。

图4、(A) 打印的双层六瓣花示意图。(B) 不同温度下花朵闭合的照片。(C) LCE₅₀在不同温度下的2D WAXD图像。打印方向用箭头标出，并标明了取向参数S。(D) 有限元分析模拟显示双层花的变形形状（位移场用不同颜色表示）

首先分别研究了LCE/PIL致动细丝的致动和形变传感性能。图4A展示了一个采用双层构型制造的六瓣花。底层和顶层中心区域使用LCE₁₀₀，在喷嘴温度为100°C、热台保持80°C的条件下打印。这些条件导致介晶基元随机取向，形成多畴结构，该结构在热刺激下具有力学各向同性且尺寸稳定。相比之下，顶层的六个花瓣使用LCE₅₀在喷嘴温度为60°C和室温台上打印。这诱导了单畴结构，其中介晶基元沿打印路径取向，使花瓣具备加热时折叠、冷却时展开的能力。这种双层构型使花朵能够响应热刺激而表现出非对称变形。加热时，单畴LCE₅₀收缩，而多畴LCE₁₀₀保持尺寸稳定。这种不对称变形产生了非对称力，导致花瓣闭合，如图4B所示。冷却时，单畴层的恢复使花瓣重新展开。发现花瓣的闭合程度具有温度依赖性，从20°C开始，随着温度每升高20°C而逐渐增加。这种双层结构表现出渐进且可控的响应。如图4C所示，作者使用2D WAXD监测了LCE₅₀（单畴顶层）在不同温度下的介晶基元取向，发现取向参数随着温度升高而持续下降，这与宽范围的相变温度一致。为了评估由具有不同应变响应的两层之间产生的非对称应力引起的温度依赖性变形，进行了有限元分析（FEA）来预测六瓣花的闭合（图4D）。在该模型中，LCE被视为线热弹性材料，泊松比设为0.499以考虑变形下的体积恒定。LCE₅₀沿打印方向的热膨胀系数（α∥）通过TMA结果（图3F）获得，而横向系数（α⊥）设为 -α∥/2。FEA预测的变形行为与实验观察结果非常吻合，证实了该模型准确地捕捉了致动器的热机械响应。

图5、LCE₅₀在生理刺激下的电传感性能。(A) 重复手指弯曲过程中ΔR/R₀的长期循环响应。(B) 肘部弯曲时的可重复电阻响应。(C) 对应于手腕弯曲（上）、顺时针旋转（中）和逆时针旋转（下）的独特ΔR/R₀信号波形，每种都产生约30%的电阻变化，但信号模式不同。(D) 用于单词和短句语音识别的实时喉部运动传感，每个都产生独特的电阻信号。对步态活动的响应：(E) 原地踏步和 (F) 高抬腿，显示幅度和频率的明显差异

利用形变敏感的电阻变化，LCE₅₀被用作监测人体运动的可穿戴传感器。为了评估其在实际运动检测中的适用性，作者记录了不同关节运动下的电阻变化。图5A显示了附着在指关节上的传感器，通过重复弯曲来评估耐久性。该传感器在超过100次弯曲循环后仍保持约60%的相对电阻变化，表现出优异的机械和电学稳定性。类似地，肘部弯曲产生了清晰的循环响应，电阻变化高达130%（图5B），证实了该器件能够以极佳的保真度捕获大尺度关节运动。为了进一步验证其在复杂运动中的传感能力，作者分析了LCE₅₀条带在手腕活动下的响应（图5C）。手腕弯曲和手腕旋转（顺时针和逆时针）都引起了约30%的相对电阻变化，突显了该器件的高灵敏度。尽管ΔR/R₀的幅度相似，但相应的信号波形清晰可辨：弯曲产生具有均匀峰值的周期性模式，而顺时针和逆时针旋转则产生非对称振荡。这种区分表明，传感器不仅对应变幅度敏感，还能够基于波形特征区分运动模式，从而实现精确识别多种手部活动。除了跟踪大尺度运动外，通过在喉部附近皮肤上安装，进一步评估LCE/PIL传感器检测微小形变的能力。安装在喉部的传感器水平固定在喉结上方，发声时喉部的上下运动使传感器发生形变，从而引起可测量的电阻变化。如图5D所示，传感器产生了对应于受试者发出的不同单词的独特电阻波形。这些波形在强度和时序上各不相同，反映了与语音相关的传感器的细微形变。当单个单词组合成句子时，相应的电阻波形显示出组合模式。该传感器的多功能性在步态检测中得到了进一步验证。原地踏步产生相对适中的信号幅度（图5E），而高抬腿则引起大得多的振荡（图5F），突显了传感器在跟踪各种运动时对运动强度的敏感性。这些结果强调了LCE₅₀致动器作为可穿戴传感器的适应性，能够监测动态和复杂的身体运动。LCE₅₀性能的增强可归因于PIL形成的连续相，这确保了稳定的离子传输。

最后，作者进行了实验来展示集成的致动与传感功能。在第一个实验中，制备并测试了两种类型的自传感光热致动器。在图6A中，一根LCE₅₀条带表面涂覆了黑色墨水以增强光吸收，仅上侧固定夹持，同时将电线连接到数字万用表以监测条带的电阻变化。在808 nm近红外（NIR）辐照下，炭黑层将光吸收转化为热量，导致局部温度迅速升高，由于有序-无序相变，引起条带收缩。这种温度升高伴随着电阻的下降，这是由于PIL相内离子迁移率的增强以及样品的收缩。通过周期性切换NIR激光器（开启60秒，关闭120秒），该器件表现出稳定的致动和传感循环，致动（形变）和传感（相对电阻变化）的幅度分别达到约-20%（ΔL/L₀）和-80%（ΔR/R₀）。在这种情况下，传感信号源于机械形变和温度变化的共同作用。图6B展示了一种不同的构型，该构型允许电阻变化仅感知致动引起的形变。一根涂有黑色墨水的LCE₁₀₀条带通过夹具与一根LCE₅₀条带连接，然后将组件的两端用夹具固定。上方的LCE₅₀条带作为传感部件，可以监测其电阻，而下方的LCE₁₀₀条带因其较大的致动应变和机械强度而被选为致动元件。在NIR辐照下，LCE₁₀₀收缩，从而拉伸LCE₅₀条带，产生约8%的伸长和伴随的约7%的相对电阻增加。在这种情况下，由于LCE₅₀条带未暴露于NIR光，因此没有经历温度变化，测得的电阻变化完全由机械形变引起。在重复的NIR光开启/关闭循环中，观察到LCE₅₀稳定可逆的形变和相关的传感信号。这两种构型展示了LCE/PIL致动器的多种传感和形状变化能力，突显了其在多功能智能设备中的应用潜力。

图6、使用LCE₅₀的自传感致动器。(A) 使用涂有黑色墨水的单根LCE₅₀条带：实验装置示意图、NIR光照射前后条带的照片，以及伴随着电阻降低的收缩循环（开光60秒）和条带长度与电阻的恢复循环（关光120秒）。(B) 使用涂有黑色墨水的LCE₁₀₀条带（致动元件）与LCE₅₀条带（传感元件）连接：装置示意图、显示LCE₁₀₀条带在NIR光照射下收缩导致LCE₅₀条带伸长的照片，以及NIR光开（60秒）和关（60秒）循环下LCE₅₀条带长度和电阻的相应变化。(C) 使用由活性LCE₅₀条带和被动聚酰亚胺（Kapton）薄膜组成的双层致动器进行致动辅助温度传感。水加热过程中，传感器附着在玻璃烧瓶外壁，同时热电偶监测烧瓶内的蒸汽温度。在重复的沸腾-冷却循环中记录相对电阻变化和温度。水沸腾时，由于致动器弯曲引起电极接触，观察到电阻急剧下降；当水冷却致动器反向弯曲使电极分离时，电阻恢复

第二个实验通过将LCE₅₀细丝与Kapton胶带层压，制造了一个双层温度传感器件，两端附有铜带作为电极，并通过细铜线连接到数字万用表以进行实时电阻测量。如图6C所示，该器件安装在一个玻璃烧瓶外壁上，用于在水加热过程中监测周围温度，同时将热电偶置于烧瓶内部直接测量蒸汽温度作为参考。加热时，LCE传感器的相对电阻随着温度升高而逐渐下降。当水沸腾时，蒸汽的快速产生导致烧瓶壁温度急剧升高，这引发了LCE₅₀层因有序-无序相变而收缩，进而导致双层结构发生弯曲变形，使两个铜电极直接接触。这种致动引起的电极接触导致短路状态，使测得的电阻突然降至万用表的最小可检测值。通过添加冰块抑制沸腾，烧瓶壁周围的温度降低，由此产生的双层结构反向弯曲变形使电极分离，从而使电阻恢复。重复此沸腾-冷却循环，电阻在沸腾时始终表现出下降（重复三次），并在随后的冷却中恢复。这种耦合的致动-传感机制能够同时实现实时温度监测和温度阈值触发事件（此处为沸腾）的检测，这在没有致动的情况下是无法实现的。这个例子突显了LCE/PIL复合材料在需要同时进行温度监测和高温报警功能的温度安全预警和智能加热设备应用中的潜力。

综上所述，作者展示了一种全新的通过电阻变化实现温度和形变传感的LCE致动器。打印的LCE/PIL细丝形成具有受限相分离的半IPN结构，导致LCE相中形成取向的介晶基元，并通过PIL相实现离子导电。有趣的是，在高PIL负载量（50 wt%）下，双连续形态不仅使LCE/PIL细丝保留了与不含PIL的打印LCE相似的大致动应变，而且还能通过可测量的电阻变化在室温下用作形变传感器。对于致动功能，LCE/PIL细丝表现出一个显著特征：两组分之间的组成异质性和分子间相互作用导致介晶基元具有宽的向列相-各向同性相变，可以实现可逆和精确的温度控制形变。对于传感功能，LCE/PIL细丝可以经历大弹性形变和松弛的重复循环，产生能够捕捉多种人体运动的电阻变化信号。利用近红外触发致动，展示了LCE/PIL细丝的自传感功能，显示致动器可逆形变引发的可逆电阻变化。此外，使用双层致动器，还可以给致动辅助传感增加温度传感功能。

文字：丁聪

审核：叶曦翀

参考文献：DOI: 10.1002/adfm.202529302

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