近年来，氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜凭借其稳定高效的光热性能，受到科学家的广泛关注。但目前研究者大多重点关注其光热响应行为及使用场景，并未系统研究外界刺激的强弱和复合膜自身的尺寸大小对其响应性能的影响。本文采用旋涂的方法在制备的具有固定取向的液晶薄膜上涂覆一层氧化石墨烯，制备了具有不同液晶分子取向的氧化石墨烯/液晶弹性复合膜，可以实现红外光和温度的双重刺激响应，并对其进行了响应性能和形变规律的表征和分析。实验结果表明，氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜是一种红外-热响应型的复合膜，该复合膜由于裁剪方向的不同，会呈现2种不同的形变规律，以此为基础，研究了不同强度外场刺激下复合膜的响应特性，以及复合膜自身尺寸的不同对复合膜响应特性产生的影响。发现1型复合膜的响应性能主要受宽度影响，2型复合膜的响应性能主要受长度影响，为氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜的应用提供了基础。使用该复合膜制备了仿生光热驱动器，证明了其在生物仿生领域的潜力。
液晶弹性体 氧化石墨烯 复合膜 可逆形变 响应性能 liquid crystal elastomer graphene oxide reversible deformation response properties
蓝相液晶弹性体(BPEs)是一种集三维光子晶体结构与橡胶软弹性于一身的功能材料, 在液晶光子学领域具有广泛的应用前景, 但是新型BPEs的制备方法及其弹性性能有待进一步研究。本文在原位光聚合的基础上, 引入硫醇(EDDET)和丙烯酸酯之间的点击化学反应制备了不同EDDET含量的BPE薄膜, 系统研究了EDDET含量和光固化对BP晶格结构、热稳定性和光学特性的影响, 并测量了EDDET含量不同的BPE的弹性性能和力致变色性能。试验结果表明, EDDET可以有效填充BP的缺陷结构, 随着含量的增加, BP的热稳定性提高了5倍。光固化过程中会诱导BP晶格形变, 随EDDET含量增加, BPE薄膜的断裂长度可以提高7倍, 布拉格反射峰移动量相同时, 应力减小约52倍。通过该方法制备的BPE在智能仿生、传感、防伪、激光等领域具有广泛的应用前景。
硫醇含量 刺激响应 光聚合 蓝相 液晶弹性体 thiol content stimuli-responsive photopolymerization blue phase liquid crystal elastomers
东南大学 化学化工学院, 江苏 南京 211189
近年来, 碳纳米管/液晶弹性体复合材料凭借其稳定高效的光热性能, 成为目前刺激-响应液晶弹性体领域的一个重要研究方向, 但目前研究者大多重点关注其光响应行为及使用场景, 并未系统研究碳纳米管对液晶弹性体材料力学性能的影响。本文通过物理掺杂的方法制备了不同质量分数的碳纳米管/液晶弹性体复合材料, 并利用傅里叶红外光谱、差示扫描量热仪、广角X射线衍射仪、动态热机械分析仪等对制备的复合材料进行热学、液晶性质和力学性能的表征及分析。实验结果表明, 碳纳米管的掺杂量对复合材料的力学性能有明显影响, 其中掺杂质量分数8%的单壁碳纳米管的液晶弹性体复合材料的力学性能最为优异。在30 ℃时, 断裂强度为5.62 MPa, 断裂伸长率为182%; 在85 ℃(清亮点温度之上)时, 其断裂强度为1.62 MPa, 断裂伸长率为89%。相对于纯液晶弹性体薄膜材料而言, 质量分数8%碳纳米管的液晶弹性体复合材料的断裂强度接近纯液晶弹性体薄膜的3倍, 且可以实现最大收缩率为45%的可逆伸缩形变, 在人造肌肉、软体机器人等智能材料领域表现出有良好的应用前景。
液晶弹性体 碳纳米管 力学性能 复合材料 可逆形变 liquid crystal elastomer carbon nanotube mechanical property composite material reversible deformation
1 中国石化石油化工科学研究院, 北京 100083
2 清华大学 化学系, 生命有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室, 北京 100084
液晶弹性体是一类在外界刺激(如热、光、电、磁等)下能够产生宏观可逆形变的智能材料。液晶弹性体必须经过取向后才能够展现宏观可逆形变性能。动态共价键在一定的条件下可以发生可逆断裂与再生成, 能够改变传统共价交联网络的拓扑结构, 因此可被用于液晶弹性体的取向中。液晶弹性体可构筑具有一定形状、且在外界刺激下能够产生可逆形变的智能三维结构, 在生物医药、组织工程、航空航天以及柔性机器人等多种领域具有广阔的应用前景。基于动态共价键取向法, 对液晶弹性体进行三维空间取向或对液晶弹性体进行组装,有助于提高液晶弹性体可逆三维结构的复杂性, 并丰富其形变模式。本文对基于动态共价键的液晶弹性体可逆三维结构的加工方法进行综述, 并对该领域的挑战和机遇进行分析。
液晶弹性体 动态共价键 可逆三维结构 取向 组装 liquid-crystalline elastomers dynamic covalent bonds reversible three-dimensional structures alignment assembly
1 长春理工大学 材料科学与工程学院，吉林 长春 130022
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 中国科学院 研究生院,北京 100039
研究了热致收缩形变三嵌段式液晶(LC)弹性体薄膜的制备方法，分析和测试了薄膜的偏光特性和热致收缩率。采用全息曝光的方法一次性制备出具有栅状结构的热致液晶弹性体薄膜材料。在此基础上采用偏光显微镜(POM)、He-Ne激光器对弹性体薄膜的嵌段式栅状结构和偏光特性进行检测，并分析了薄膜弹性体偏光特性和液晶分子取向的关系，对该液晶弹性体薄膜的热致收缩性能进行了测试。实验结果表明，嵌段式栅状薄膜具有偏光特性，液晶分子沿垂直于栅状结构的方向排列。在液晶相变温度处(65~80 ℃)，该液晶弹性体薄膜的热致收缩形变率达到12%。
液晶弹性体 全息术 偏光特性 热致收缩 liquid crystal elastomer holography polarization characteristic thermal contraction 光学 精密工程
2011, 19(10): 2373
