[發(fā)明專利]一種可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310285807.3
• 申請日: 2023-03-22
• 公開（公告）號: CN116478700A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王玲;馬佳哲;張璇;楊言昭;封偉
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C09K19/38
• 分類號: C09K19/38;G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 天津創(chuàng)智睿誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12251
• 代理人: 李薇

本發(fā)明公開一種可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體通過在膽甾相液晶彈性體網(wǎng)絡(luò)和離子凝膠網(wǎng)絡(luò)之間引入硅烷偶聯(lián)劑制備而成，具體制備過程包括離子液體的制備，離子凝膠的制備，離子凝膠的表面修飾和離子導(dǎo)電膽甾相液晶彈性體的制備。由于具有力致變色和離子導(dǎo)電特性，制備的膽甾相液晶彈性體在機械力作用下能夠進行光學(xué)可視化和電信號響應(yīng)。特別地，通過離子導(dǎo)電膽甾相液晶彈性體的簡單堆疊，可以構(gòu)建電容式壓力傳感器，實現(xiàn)對壓力的實時光電雙信號傳感。本發(fā)明提供的離子導(dǎo)電膽甾相液晶彈性體在先進人工皮膚、人體健康監(jiān)測、人機交互以及智能機器人等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能性液晶材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體及其制備方法及和應(yīng)用，所制備的膽甾相液晶彈性體具有力致變色和離子導(dǎo)電特性，可以實時對外部力的作用進行光信號和電信號響應(yīng)，且其圓偏振反射色和電導(dǎo)率可以通過改變手性劑和離子液體含量等進行調(diào)控，基于該離子導(dǎo)電膽甾相液晶彈性體還能構(gòu)建電容式傳感器，實現(xiàn)壓力的可視化和數(shù)字化傳感。該發(fā)明有望在人工皮膚、智能機器人和人機交互等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

背景技術(shù)

皮膚是生物體與外界環(huán)境直接接觸的器官，能夠感知環(huán)境信息并將其編碼為生物電信號，通過離子傳輸傳遞到神經(jīng)系統(tǒng)，從而靈敏地感知外界環(huán)境的變化。通過模仿生物皮膚的傳感功能，科研人員開發(fā)了人造皮膚，如電子皮膚和離子皮膚，在健康監(jiān)測、人機交互、智能機器人、和假肢等新興領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。值得注意的是，某些生物體還可以通過主動改變皮膚顏色對周圍環(huán)境做出反應(yīng)，以更好地生存和繁衍。例如，變色龍可以通過將外界刺激轉(zhuǎn)化為電信號來調(diào)節(jié)真皮層虹膜細(xì)胞內(nèi)鳥嘌呤納米晶體之間的晶格間距，從而調(diào)節(jié)皮膚的顏色。受自然有機體的啟發(fā)，制備具有光電雙信號傳感功能的人工皮膚成為研究的熱點，如何開發(fā)同時具有鮮艷結(jié)構(gòu)色和優(yōu)異導(dǎo)電性的材料是當(dāng)前該領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。在眾多材料體系中，兼具聚合物彈性和圓偏振反射色的膽甾相液晶彈性體(CLCE)展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，引起了人們的廣泛關(guān)注。由于具有可調(diào)的周期性螺旋納米結(jié)構(gòu)、大的彈性各向異性和靈敏的刺激響應(yīng)性，制備方法簡便，CLCE已被開發(fā)并用于制造光學(xué)材料和器件。盡管目前CLCE在仿生變色偽裝領(lǐng)域取得了諸多進展，但制備具有傳感功能的導(dǎo)電CLCE仍然是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

基于此，我們提出了可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體，該材料不僅具有動態(tài)力致變色特性和優(yōu)異的離子電導(dǎo)率，而且還能通過簡單的堆疊構(gòu)建電容式傳感器，實現(xiàn)對壓力的實時光電雙信號響應(yīng)。該發(fā)明有望為人工皮膚、智能機器人和人機交互等領(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體及其制備方法，利用硅烷偶聯(lián)劑對離子凝膠(ionogel)進行表面修飾，通過兩階段硫醇/丙烯酸酯邁克爾加成-光聚合反應(yīng)的各向異性揮發(fā)法，將CLCE在離子凝膠表面進行原位自組裝，從而獲得可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體(iCLCE)。

本發(fā)明的另一個目的提供所述可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體的應(yīng)用，由于在CLCE和離子凝膠網(wǎng)絡(luò)界面間引入共價鍵，因此iCLCE具有較強的界面結(jié)合強度。得益于優(yōu)異的力致變色性能和較高的離子電導(dǎo)率，本發(fā)明制備的膽甾相液晶彈性體可以實現(xiàn)光學(xué)可視化和電信號響應(yīng)。由于其獨特的雙層結(jié)構(gòu)，將iCLCE簡單堆疊可以構(gòu)建電容式傳感器，實現(xiàn)對壓力的實時光電雙信號響應(yīng)。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種可離子導(dǎo)電的膽甾相液晶彈性體的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

步驟1)離子液體的制備

將有機陽離子化合物和陰離子化合物經(jīng)溶解，攪拌，靜置分層后，取透明油狀液體，清洗去除殘留物，加熱干燥，得到可聚合離子液體；替換有機陽離子化合物，經(jīng)過與上述相同的制備過程，得到溶劑離子液體；

步驟2)離子凝膠的制備