Переключение ориентировки в 3D-печатных смектических эластомерах жидких кристаллов

Экструзионное аддитивное производство стало мощной платформой для проектирования материалов с изменяемой формой посредством управляемой ориентации. Однако существующие подходы в основном опираются на единый режим потоком-индуцированной ориентировки, что ограничивает программируемость ориентации. В настоящей работе представлен метод прямой печати чернилами (direct-ink-writing) для смектических эластомеров жидких кристаллов, использующий два различных режима ориентировки в составе одного чернила. Смектическое чернило демонстрирует переключение ориентации, зависящее от сдвига и температуры, что обеспечивает молекулярную ориентировку либо перпендикулярно, либо параллельно направлению печати. Совместный анализ реологических свойств, рентгеновских данных и молекулярной динамики показывает, что инверсия ориентировки возникает из-за сохранения либо коллапса смектических слоев под воздействием потока. Это обратимое переключение кодирует как контрактильную, так и удлиняющую актуацию в отдельных филаментах, значительно расширяя свободу проектирования печатных эластомеров жидких кристаллов. Мы демонстрируем 2D- и 3D-структуры с разнообразными запрограммированными трансформациями формы, что подчёркивает потенциал этой платформы для адаптивных мягких актуаторов и архитектоник функциональных материалов.