2026年8月13日，釜山国立大学（PNU）与橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员开发了一种3D打印液晶弹性体（LCE），该弹性体可以被编程在加热时收缩或伸长。△相关研究内容已发表在《自然通讯》期刊上，研究题目为“3D打印近晶相液晶弹性体的取向转换”（传送门）
打印条件直接控制分子取向
由Ahn Seok-joon教授领导的研究团队使用近晶相液晶弹性体，分子排列方式在直接墨水书写过程中通过打印速度或温度切换。研究人员表示，同一材料配方可产生相反的驱动特性，打破了传统液晶弹性体挤出打印只能沿单一方向排列、受热时只能以单一模式运动的限制。传统液晶弹性体挤出打印通常使分子沿打印方向排列，每个沉积的丝材在受热时只能以一种模式运动。PNU的方法利用近晶相液晶的特性，在打印过程中将分子取向切换到两个垂直方向。根据最终取向，沉积材料在加热时发生收缩或伸长。
Ahn表示："我们的工作首次展示了如何通过调节打印速度和温度，使用单一的3D打印近晶LCE墨水在两个正交方向之间切换分子排列。"研究人员将直接墨水书写与流变学测量、广角X射线散射和分子动力学模拟相结合，制备了具有可编程形状变化的二维和三维结构，包括晶格、曲面几何体和具有可切换形貌的表面。研究表明，打印材料在反复加热和冷却循环中也能保持驱动性能。在同一种材料中编码收缩和伸长，可以减少生产更复杂的软致动器时组合多种材料或单独制造工艺的需求。
潜在应用与当前局限
研究人员指出，这项技术的潜在应用包括软体机器人驱动器、人造肌肉、可重构触觉表面以及旨在改变空气动力阻力的自适应纹理。此外，可穿戴设备和能随温度变化而改变形状的微创医疗工具也被认为是可能的应用领域。Ahn表示：“潜在的实际应用包括软体机器人致动器和人造肌肉、用于触觉显示的可重构表面以及调节空气动力阻力的自适应纹理。”这项工作也属于更广泛的4D打印领域，即打印结构在制造完成后能响应外部刺激，改变几何形状或属性。然而，这项研究仍处于实验室阶段。测试仅使用了一种近晶相液晶弹性体配方，研究人员表示，需要进一步研究才能将该方法推广到其它材料和更大规模的生产中。据Ahn表示，这项技术最终可能使3D打印结构摆脱固定的几何形状，通过编程形状变化执行主动功能。
液晶弹性体打印的持续突破
以往研究主要集中于提高3D打印液晶弹性体中分子排列的可预测性。2025年，哈佛大学、普林斯顿大学、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究人员利用流变学测量、原位X射线散射和模拟，证明改变喷嘴设计和打印条件等参数可以空间上控制分子排列、刚度和驱动应变。最近，哈佛大学研究人员利用旋转式多材料3D打印技术，制备出结合活性液晶弹性体和被动弹性体的长丝。旋转式共挤出喷嘴控制两种材料的位置，引入螺旋状分子排列，使打印长丝在加热时能弯曲、扭转、膨胀或收缩，展示了可开合、抓取物体并变形为曲面结构的晶格。
液晶弹性体本身不是新材料，但PNU这项研究的突破口在于：用同一个材料配方，通过调整打印速度和温度，就能在两种完全相反的驱动模式之间切换。这意味着同一台打印机、同一种墨水，可以输出收缩件和伸长件，不需要换材料。
来源：南极熊
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