[發(fā)明專利]液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件及其制備方法，以及液晶彈性體的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710179174.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106883863B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吉巖;危巖;錢曉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K19/38
• 分類號(hào): C09K19/38;C08F222/20;C08F222/24
• 代理公司: 北京華進(jìn)京聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 馬敬

本發(fā)明涉及一種液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件，包括液晶彈性體，其能夠在液晶轉(zhuǎn)變溫度附近發(fā)生可逆的形變，液晶彈性體具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)包括相互連接的液晶分子、含烯丙基硫醚基團(tuán)的分子、柔性鏈及交聯(lián)劑。本發(fā)明還涉及一種液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件的制備方法，包括：將液晶分子、含烯丙基硫醚基團(tuán)的分子、柔性鏈及交聯(lián)劑加入溶劑中形成混合物溶液；將混合物溶液進(jìn)行聚合反應(yīng)，使液晶分子、含烯丙基硫醚基團(tuán)的分子、柔性鏈及交聯(lián)劑聚合為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，形成液晶彈性體；對(duì)液晶彈性體進(jìn)行取向處理，得到液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件。本發(fā)明還涉及一種液晶彈性體的應(yīng)用，液晶彈性體用作驅(qū)動(dòng)元件，應(yīng)用于人工肌肉、盲人顯示器、感應(yīng)器、微流體系統(tǒng)閥門或智能響應(yīng)界面材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件領(lǐng)域，尤其涉及一種液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件及其制備方法，以及液晶彈性體的應(yīng)用。

背景技術(shù)

液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件是一類既有彈性體的熵彈性又有液晶的有序性的刺激-響應(yīng)性材料，受到光、熱、電等刺激下可以產(chǎn)生可逆的力學(xué)響應(yīng)，在驅(qū)動(dòng)器、感應(yīng)器、人工肌肉以及光動(dòng)馬達(dá)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件必須在內(nèi)部液晶基元具有統(tǒng)一的取向并固定的情況下才能夠展現(xiàn)出可逆的力學(xué)響應(yīng)驅(qū)動(dòng)。液晶彈性體在制備完成后，一般需要經(jīng)過(guò)特殊的取向加工后才能具有固定的取向，應(yīng)用于液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件，而取向加工問(wèn)題一直是限制液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。

目前來(lái)看，現(xiàn)有的取向方法均存在諸多問(wèn)題。目前應(yīng)用較為廣泛的兩步交聯(lián)法步驟繁瑣，且對(duì)預(yù)聚物初步交聯(lián)的程度需要精確的控制，在拉伸狀態(tài)下進(jìn)行第二步交聯(lián)又會(huì)帶來(lái)較大的內(nèi)應(yīng)力，從而影響液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件的使用壽命。

隨著對(duì)動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的研究逐步深入，動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵成為了解決液晶彈性體加工瓶頸的方案之一。通過(guò)引入動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵到液晶彈性體中，在給予一定的外界刺激的同時(shí)，拉伸材料使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，內(nèi)部應(yīng)力得到快速松弛，從而固定既有取向。但此類方案目前也存在一定問(wèn)題，譬如引入酯交換體系，會(huì)帶來(lái)熱響應(yīng)重復(fù)性不佳的問(wèn)題，多次高低溫循環(huán)后取向逐步消失，且液晶彈性體的取向不耐受溶劑，在接觸溶劑后取向?qū)?huì)消失。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種耐熱及耐溶脹的液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件及其制備方法，以及液晶彈性體的應(yīng)用。

一種液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件，包括液晶彈性體，所述液晶彈性體能夠在液晶轉(zhuǎn)變溫度附近發(fā)生可逆的形變，所述液晶彈性體具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，所述交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)包括相互連接的液晶分子、含烯丙基硫醚基團(tuán)的分子、柔性鏈以及交聯(lián)劑。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件的形狀不限，包括片狀、管狀或柱狀。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件可逆形變的范圍為30-100％。

一種液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件的制備方法，包括：將液晶分子、含烯丙基硫醚基團(tuán)的分子、柔性鏈以及交聯(lián)劑加入溶劑中形成混合物溶液；將所述混合物溶液進(jìn)行聚合反應(yīng)，使所述液晶分子、所述含烯丙基硫醚基團(tuán)的分子、所述柔性鏈以及所述交聯(lián)劑聚合形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，形成液晶彈性體；以及對(duì)所述液晶彈性體進(jìn)行取向處理，得到所述液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括將光引發(fā)劑加入所述混合物溶液。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括將催化劑加入所述混合物溶液。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述取向處理包括：對(duì)所述液晶彈性體進(jìn)行形變處理，使所述液晶彈性體具有形變量；以及對(duì)具有所述形變量的所述液晶彈性體進(jìn)行自由基誘發(fā)處理，自由基誘發(fā)處理為光照處理或加熱處理，得到所述液晶彈性體驅(qū)動(dòng)元件。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述自由基誘發(fā)處理為光照處理，所述光照處理的波長(zhǎng)為405nm或365nm，光強(qiáng)為24-36mw/cm²或28-32mw/cm²，光照時(shí)間為120-180s。