Chenrun Feng , C.P. Hemantha Rajapaksha , Antal Jákli *

a Materials Science Graduate Program, Kent State University, Kent, OH 44242, USA

b Advanced Materials and Liquid Crystal Institute, Kent State University, Kent, OH 44242, USA

c Department of Physics, Kent State University, Kent, OH 44242, USA

1. 引言

致动器和传感器可将一种形式的能量转换成另一种形式的能量，这种能量包括机械能、热能、电能、光能或磁能[1-10]。刺激响应性材料（即通过刺激可改变形状或大小）可用于传感器和致动器，这些刺激可以是电场[11-19]、磁场[20]、热[21-23]、压力[24,25]、酸碱度[26,27]和光[17,28-32]。上述所有能量形式由于可以优先转换成电信号，因此可由计算控制设备进行操作和处理。在本文中，我们将集中探讨将电信号转换成机械响应（即应变、压力）的电动执行机构和将机械信号（即应变、压力）转换成可测量的电信号（即电流、电压、电阻或电容）的传感器。具体来说，我们将集中探讨具有低杨氏模量和高失效应变（软弹性）的橡胶状聚合物（弹性体），它们具有可逆变形的特性。本文还将重点介绍液晶弹性体（LCE）的最新结果，它将液晶（LC）的取向与聚合物网络的软弹性相结合。LCE可在不同的外部刺激下变形，如光[33]、热[34]和电场[35]。

基于介电弹性体[36,37]、铁电聚合物[38]和LCE [39,40]的电绝缘机电传感器，因重量轻、制造简单、价格低和高耐腐蚀性而有望用于柔性机器人领域中[41-43]，但其需要高压电场（每毫米数千伏）[12]才能实现大规模驱动[11,44]。

由弹性体和离子组合而成的材料可用于人体运动监测[45-48]、柔性机器人[49-52]、健康监测[51]、假肢[51]和智能服装[47]的柔性/可穿戴传感器和致动器。在导电电极和电解质领域中，人们已对聚合物离子导体进行了多年的研究[50]，可使聚合物离子导体器件由可移动的离子和电子构成。近年来离电子器件对高导电性离子弹性体的大量需求催生了大量可选择的材料种类，如光/热交联离子导电弹性体和不同尺寸的有机/无机离子 [53-56]。……