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Programming Shape-Morphing Behavior of Liquid Crystal Elastomers via Parameter-Encoded 4D Printing

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作者
Luquan Ren,Bingqian Li,Yulin He,Zhengyi Song,Xueli Zhou,Qingping Liu,Lei Ren
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (13): 15562-15572 被引量:82
标识
DOI:10.1021/acsami.0c00027
摘要

Currently, four-dimensional (4D) printing programming methods are mainly structure-based, which usually requires more than one material to endow products with site-specific attributes. Here, we propose a new 4D printing programming approach that enables site-specific shape-morphing behaviors in a single material by regulating the printing parameters. Specifically, a direct ink writing three-dimensional (3D) printer with the ability to change printing parameters (e.g., deposition speed) on the fly is reported. By site-specifically adjusting print speed and print path to control the local nematic arrangements of printed liquid crystal elastomers (LCEs), the shape-morphing behaviors of the LCEs can be successfully programmed. In this way, locally programmed popping-up, self-assembling, and oscillating behaviors can be designed by varying the print speed in specific regions. Snake-like curling is realized by uniformly boosting the print speed in a single line. Furthermore, two theories and an ultrasound image diagnostic apparatus are employed to reveal the mechanism behind this behavior. This work provides a feasible way to realize the gradient transition of material properties through a single material. It broadens the design space and pushes the envelope of 4D printing, which is expected to be helpful in the fabrication of soft robotics and flexible electronics.
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