[發明專利]光感驅動纖維及其制備方法、光驅動馬達和光驅動納米機械臂

在審

• 申請號: 202011020333.2
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112144137A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 彭令;陳歡雨;彭蘭;鄧玉穎;廖偉冬;呂慶華
• 申請（專利權）人: 深圳四維開拓知識產權服務有限公司
• 主分類號: D01F6/36
• 分類號: D01F6/36;C08F220/36;C08F220/14;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種光感驅動纖維，包括光感高分子材料，所述光感高分子材料的結構式如式（Ⅰ），所述k取值為4～12中的任一整數，所述m取值為1～10中的任一整數，所述n取值為1～10中的任一整數，所述p取值為10～100中的任一整數；所述光感驅動纖維的直徑為100～1000 nm，所述光感高分子材料的聚合物鏈沿所述光感驅動纖維的軸向排布。由于這種軸向排列方式，納米纖維內的聚合物鏈端的偶氮苯不再隨機異構，只能在一個方向上異構，因此制備出的納米纖維的形變方向可被控制，能夠基于一定方向光照進行特定方向的形變。本發明還提供了一種光感驅動纖維的制備方法、光驅動馬達和光驅動納米機械臂。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，具體涉及一種光感驅動纖維，本發明還涉及一種光感驅動纖維的制備方法，本發明還涉及一種光驅動馬達和光驅動納米機械臂。

背景技術

光驅動馬達一直是科學界的一個十分熱門的研究領域。納米纖維復合材料憑借優異的綜合性能，常用于構筑光驅動馬達，完成各種特定的任務，例如光電開關、光驅動鑷子、納米機器人、光響應傳感器等。目前，已經有相關利用光驅動石墨烯復合材料制備光驅動馬達的相關報道，但是此類光驅動馬達的驅動過程不可控，究其原理為所采用的光感驅動纖維的變形過程不可控，即在光照下，光感驅動纖維隨機發生形變，導致光驅動馬達很難按照設定的運動方向完成特定的動作，大大限制了光驅動馬達的應用范圍。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種光感驅動纖維及其制備方法，本發明還提供了一種光驅動馬達以及光驅動納米機械臂，以解決現有光感驅動纖維形變不可控，難以按照預設的運動軌跡完成光驅動的問題。

第一方面，本發明提供了一種光感驅動纖維，包括光感高分子材料，所述光感高分子材料的結構式如式(Ⅰ)：

所述k取值為4～12中的任一整數，所述m取值為1～10中的任一整數，所述n取值為1～10中的任一整數，所述p取值為10～100中的任一整數；

所述光感驅動纖維的直徑為100～1000nm，所述光感高分子材料的聚合物鏈沿所述光感驅動纖維的軸向排布。

本發明光感驅動纖維包括式(Ⅰ)光感高分子材料，式(Ⅰ)光感高分子材料的形變主要是依靠其側鏈上官能團偶氮苯的異構化。如圖1所示，在不同波長的光照下，偶氮苯可以隨機發生順式或反式異構形變，異構化的隨機性導致官能團偶氮苯的結構轉換的不確定性。如果異構化是隨機的，纖維的形變也會是隨機的，生產實踐中無法基于纖維的隨機變動完成特定的光驅動操作，例如制備光驅動開光、納米機器人、光驅動納米機械臂或者光響應傳感器等，因此這類隨機異構化的官能團及對應的纖維隨機變動無法在生產實踐中廣泛應用。如果偶氮苯的異構過程可控，則異構的偶氮苯促使高分子聚合物鏈(主鏈)定向變形，進一步促使纖維整體發生變形，完成光驅動過程。

如圖2b所示，傳統的纖維中，高分子聚合物鏈是無序排布狀態，由于每一根高分子聚合物鏈彼此處于無序狀態，當高分子聚合物鏈接受光照進而產生形變時，每一根高分子聚合物鏈隨機變形，導致纖維整體變形過程不可控或者形變不顯著。如圖2a所示，本發明通過靜電紡絲工藝約束纖維的直徑，使得纖維的直徑變得更小，本發明光感驅動纖維的直徑為100～1000nm。基于光感驅動纖維的直徑限制，在納米纖維內，絕大部分聚合物鏈(主鏈)將沿軸向排布，而不是傳統的無序排布。聚合物鏈沿軸向排布使得占用的空間更小，聚合物鏈與鏈之間更緊密。由于這種軸向排列方式，納米纖維內的偶氮苯不再隨機異構，只能在一個方向上異構，因此制備出的納米纖維的形變方向可被控制，能夠基于一定方向光照進行特定方向的形變(光感驅動)。

具體的，所述k取值為4、5、6、7、8、9、10、11或者12。由此側鏈上的偶氮苯離主鏈有一定距離，避免了空間位阻效應影響納米纖維進行光控異構。