在智能材料与微纳技术蓬勃发展的当下，各类微驱动器在药物递送、软体机器人、自适应光学等众多前沿领域展现出巨大的应用潜力，成为科研人员竞相探索的热点。其中，液晶网络微驱动器凭借其独特的液晶特性与可调控的形变能力，备受关注。然而，传统制备方法往往面临设备复杂、成本高昂以及难以大规模生产等难题，极大地限制了其进一步发展与应用。

近期，佛罗伦萨大学联合多单位开发了一种基于批量乳化的简便方法，可大规模制备具有单相、双相（Janus）及三相结构的液晶网络微驱动器。这些微粒不仅能通过热或化学刺激实现可逆、大幅度的形状变化，还可作为自适应微透镜，动态调控焦距与放大倍数。相关研究以“Shape‐Changing Multiphase Microparticles from Complex Liquid Crystal Emulsions”为题目，发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

本文要点：

1、该研究提出了一种简单且可扩展的批量乳化策略，用于制备单相、双相（Janus）及三相液晶乳液，并进一步光聚合得到液晶网络（LCN）微驱动器（尺寸10–20 μm），突破了传统微流控制备依赖专用仪器、液滴尺寸较大（约500 μm）且难以规模化的局限。

2、研究通过调控交联密度（如10wt.%的RM257为最优交联剂含量）和界面条件（如表面活性剂种类、配比），实现对液滴内部液晶取向的精准控制，进而决定光聚合后微执行器的驱动模式与方向。

3、这些微执行器具有优异的响应性能：加热时可发生可逆的大振幅形变（如从球形变为扁球形），部分还能通过在有机溶剂中的各向异性溶胀表现出化学响应性；其中Janus颗粒具有重力自取向特性，三相液晶乳液则能保持多相结构并实现几何可调。

4、作为概念验证，研究人员将这些多相LCN微执行器应用于自适应微透镜，实现了热可调焦平面和放大倍数的功能。

5、本研究建立了一条稳健且可重复的复杂多功能LCN微执行器规模化制备路径，为自适应光学、软机器人和响应式微系统等领域开辟了新的应用前景，未来还将拓展其对光、pH值和化学信号的响应性，并探索阵列集成与器件化应用。

图1 用于制备刺激响应型程序化驱动微颗粒的复杂液晶乳液。(a) 批量乳化法制备的乳液光学显微镜图像：单相、双相（Janus 型）及三相乳液，其中液晶相以黄色突出显示。(b) 液晶网络（LCN）微颗粒的制备流程及其在微观和分子层面的驱动行为示意图。

双相（Janus）微粒中 PDMS 相的选择依据是什么？其对微粒的致动性能和功能有哪些影响？

1、PDMS 相的选择依据：

• 与液晶相、水相均不互溶，能稳定形成双相分离结构；

• 界面张力低（与液晶相间约 5 mN/m），利于形成近球形 Janus 形态；

• 呈流体性质，不阻碍 LCN 半球的形变，可跟随主动相运动。

2、对性能与功能的影响：

• 致动协同性：PDMS 相通过界面粘附跟随 LCN 半球形变，无脱离或抵抗现象，保障形变可逆性；

• 功能拓展：PDMS 与液晶相的密度差异（PDMS≈965 g/cm³，液晶≈1.0 g/cm³）赋予微粒重力自取向特性，实现集体同步致动；

• 结构调控：径向取向的 Janus 微粒中，PDMS 相可在加热时嵌入 LCN 半球的凹腔，形成花瓶状复合结构，丰富形变模式。

图2 单相乳液制备的液晶网络（LCN）微颗粒。(a) 可聚合液晶单体（LCm）与交联剂（RM257）的化学结构，其中交联剂 RM257 的含量为 5-20 wt.%。(b) 批量乳化法制备液晶液滴并通过光聚合转化为 LCN 微颗粒的流程示意图。(c) 含 10 wt.% RM257 的液滴在明场（左）和正交偏振光（右）下的偏振光学显微镜（POM）图像，显示双极取向结构。(d) 含 10 wt.% RM257 的 LCN 微颗粒的热致驱动行为，加热后从球形可逆转变为扁球形。(e) 不同内部取向的 LCN 颗粒在四氢呋喃（THF）中的溶胀行为（从上至下：双极取向、径向取向、各向同性取向）。

图3 双相乳液制备的液晶网络（LCN）微执行器。(a) 用于制备双相液晶/聚二甲基硅氧烷（PDMS）乳液液滴的批量乳化法及相关组分示意图。(b) Janus 液滴在明场（左）和正交偏振光（右）下的偏振光学显微镜（POM）图像，显示 LCN 半球为单极取向结构。(c) 具有单极液晶取向的 Janus 型 LCN 颗粒的热致驱动行为，从类球形可逆转变为扁球形。(d) Janus 液滴在明场（左）和正交偏振光（右）下的偏振光学显微镜（POM）图像，显示 LCN 半球为径向取向结构。(e) 径向取向 Janus 颗粒的热致驱动行为，形成 PDMS 相包裹于 LCN 半球内的花瓶状形变。

图4 三相乳液制备的液晶网络（LCN）微颗粒。(a) 用于制备三相液晶/聚二甲基硅氧烷（PDMS）/HFE-7500 乳液液滴的批量乳化法及相关组分示意图。(b) 球形三相液滴的光学显微镜图像及其热致可逆驱动行为。(c) 雪人状三相液滴的光学显微镜图像及其对应的热致驱动行为。

图5 作为可调光学器件的液晶网络（LCN）微颗粒。(a) 用于评估液滴透镜性能的定制光学装置示意图：通过液滴聚焦掩模投影图案，在样品平面上方获得清晰的成像平面。(b) 双相单极颗粒在室温（左）和 125℃热驱动下（中）的投影图像，及对应的光学效应示意图（右）。(c) 三相颗粒在室温（左）和 125℃热驱动下（中）的投影图像，及对应的光学效应示意图（右）。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202532069

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