液晶材料作为一类独特的物质，在现代科技领域占据着关键地位。它处于各向同性液体和有序固体之间的特殊状态，兼具液态流动性与分子排列有序性，这赋予了它对外部微小作用的高度敏感性和显著的变化响应能力。如今，液晶材料广泛应用于手机、电脑和电视等电子产品显示屏，是信息时代不可或缺的基础材料。随着技术的持续进步，2025年液晶材料行业在制备方法、加工制造技术、结构设计及应用探索等方面不断突破，展现出广阔的发展前景。

  一、液晶材料的制备方法：从传统到创新

  液晶弹性体作为液晶材料的重要分支，是由液晶基元和聚合物网络构成的智能软材料。《2025-2030年全球及中国液晶材料行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，其制备方法对性能起着决定性作用，常见的制备单畴态液晶弹性体的策略包括一步聚合法、两步聚合法和动态共价网络法。

  一步聚合法是将液晶单体小分子与交联剂、引发剂混合，在加热至相转变温度以上、低黏度状态时，借助外场刺激或表面诱导使其取向，随后通过光引发或热引发直接聚合，形成交联的液晶弹性体网络。这种方法能实现复杂可控的液晶取向，比如制备自调控光响应性智能液晶弹性体人工虹膜，但它对场强和尺度要求苛刻，一般仅适用于几百微米以内厚度的薄膜制备。

  两步聚合法先让液晶单体与交联剂在催化剂作用下预交联，形成轻度交联网络，再通过外力使液晶基元取向，最后二次交联固定取向。该方法可制备大尺寸液晶弹性体薄膜，不过传统的两步硅氢化反应动力学控制难度大。后来改进采用相互正交的反应，像巯基 - 烯迈克尔加成反应与丙烯酸酯双键自由基聚合反应，大大提升了制备的简易性和重复性。

  动态共价网络法是在液晶弹性体网络中引入可发生交换反应的动态共价键，克服了传统共价交联的不可逆性。当温度升高至反应转变温度以上时，化学键交换反应使高分子网络重排，实现液晶弹性体在多畴态和单畴态之间的转变，同时赋予材料可编程性、再加工性、可回收性以及自修复性能。

  二、液晶材料的加工制造技术：迈向先进化与多样化

  在液晶材料加工制造方面，传统技术常局限于制备简单形状的液晶弹性体，如薄膜、棒材等。近年来，随着对液晶材料设计策略理解的加深，多种先进加工制造技术涌现，为制备复杂形状和取向图案的液晶弹性体提供了可能。

  机械拉伸取向技术基于两步聚合法，在液晶弹性体第一次部分交联后，施加机械应力使其取向，再二次交联固定。它能实现拉伸、弯曲和扭曲等基本形状编程，还可通过施加非均匀应力场或结合定制模具，制备复杂形状的单畴态液晶弹性体，如内部嵌有螺旋金属丝的液晶弹性体纤维，该纤维兼具驱动和反馈功能。

  3D 打印技术为液晶材料结构设计带来革新。直接墨水书写法是常用的制备液晶弹性体的 3D 打印方法，打印油墨由可聚合液晶低聚物和光引发剂组成，利用其粘弹性和剪切变稀现象，在挤出过程中使液晶基元取向并光聚合。通过调整打印参数，能打印出梯度变形的三维结构，但分辨率受针头直径限制。数字光处理 3D 打印技术分辨率较高，可打印更复杂的 3D 结构，能制备具有可调弯曲曲率和响应时间的人造肌肉软致动器，不过基底移动可能破坏液晶基元取向，需要额外手段恢复。

  纺丝技术可将液体或固体前体材料转化为具有特定结构和性能的连续纤维，用于制备液晶弹性体纤维的方法有静电纺丝、干法纺丝和湿法纺丝等。液晶弹性体纤维具备出色的机械和致动性能、多刺激响应性和快速响应特点，通过捻线、缝合和织造等工艺，还能将其加工成复杂结构的纱线或纺织品，拓展其应用领域。

  三、液晶材料智能结构的运动模式：模仿自然实现多样功能

  随着液晶材料制备和加工工艺的飞速发展，不同形状和取向图案的液晶弹性体在外部刺激下能展现出丰富多样的形状变化和运动功能。通过模仿自然界中软体动物的运动机理，液晶弹性体制成的智能结构实现了爬行、滚动、跳跃等多种运动形式。

  爬行运动是自然界常见的运动模式，液晶弹性体软体机器人通过模仿尺蠖等生物，利用自身变形实现爬行。有的机器人由可变形加热器、传感器、聚酰亚胺薄膜和掺杂炭黑的液晶弹性体复合材料组成，通电时液晶弹性体收缩，与聚酰亚胺膜收缩率不匹配产生弯曲变形，通过有序通电和断电实现连续爬行，还能借助传感器实现自主驱动。还有的机器人能双向爬行、穿过狭窄间隙，甚至在不同形貌表面爬行并翻越障碍物。

  在自然界中，许多动物通过滚动躲避危险或追赶猎物。液晶弹性体也能实现滚动运动，简单的圆柱形单畴态液晶弹性体棒状结构在热表面或光照下可自主滚动，通过改变结构，如制备扭曲液晶弹性体条带、由不同驱动温度的液晶弹性体铰链组成的平面结构等，能实现更复杂的滚动功能，如自主转动方向、从迷宫中自主逃生、无约束自推进运动以及多方向滚动等。

  跳跃运动也是液晶弹性体智能结构的重要运动模式之一。受弹尾虫等动物跳跃的启发，含偶氮苯的液晶聚合物网络薄片、碳纳米管 - 液晶弹性体三叶板双折叠结构等在光刺激或光热驱动下能实现跳跃，且跳跃高度、角度和方向可调控。此外，引入突弹跳变机制的液晶弹性体在热表面上能实现快速跳跃，还有的液晶弹性体软体机器人能在光控条件下实现爬行和跳跃的多模态运动。

  四、液晶材料的响应速度调控方法：突破应用瓶颈

  液晶弹性体作为人工肌肉应用于构建软体机器人时，响应速度慢成为限制其实际应用的关键因素。为解决这一问题，研究人员探索出多种策略。

  减小液晶弹性体特征尺寸是提高响应速度的有效方法之一。液晶弹性体纤维具有响应速度快等优点，静电纺丝可制备微纤维，通过调整纺丝参数能控制其直径，但存在直径不均匀和液晶基元取向不一致的问题。干法纺丝制备的液晶弹性体微纤维直径均匀，可在短时间内产生较大致动应变。多牵伸纺丝技术能生产直径均匀可控的单畴态液晶弹性体纤维，性能优异。此外，超薄液晶弹性体薄膜也展现出快速致动和高功率密度的特点，不过其驱动力相对较小，可通过组装多个薄膜改善。

  引入主动加热 / 冷却系统也是调控液晶材料响应速度的重要途径。传统液晶弹性体致动器依靠被动热扩散冷却，速度较慢。引入微流体通道，通过注入低温流体可实现主动冷却，提高响应速度并保持较大驱动力，但存在层间粘合弱易分层的问题。后来制备的含动态二硫键的流体驱动液晶弹性体致动器解决了这一问题。基于珀尔帖效应的热电装置嵌入液晶弹性体中，能实现电驱动的主动冷却，使液晶弹性体响应速度提高一个数量级，还具备能量收集等高级功能。

  五、液晶材料的发展总结与展望：机遇与挑战并存

  液晶材料在 2025 年取得了显著的技术进展，在制备方法上，多种策略不断完善和创新，为获得高性能液晶弹性体提供了保障;加工制造技术的进步使液晶弹性体能够实现更复杂的形状和取向设计，拓展了其应用范围;通过结构设计，液晶弹性体智能结构展现出丰富多样的运动模式，在软体机器人等领域具有巨大潜力;响应速度调控方法的研究也在一定程度上突破了应用瓶颈。

  然而，液晶材料的发展仍面临诸多挑战。其制备过程涉及多种化学试剂，操作流程繁琐，需要开发易于操作、高重复性的商用材料，提高通用性。在生物医学领域，热响应液晶弹性体的相转变温度与生物应用温度不匹配，虽有学者探索改进方法，但仍需进一步优化。此外，大多数液晶弹性体致动器能量效率低，智能化程度有待提高，未来需要跨学科合作，将其致动行为和反馈元件与人工智能、机器学习等技术结合，推动液晶材料在更多领域的广泛应用。

  随着科技的不断进步和各领域研究的深入，液晶材料有望在未来取得更多突破。预计会有更多高性能、多功能的液晶材料被开发出来，在软体机器人、生物医学、智能穿戴等领域发挥更大的作用，为人们的生活和科技发展带来更多惊喜。