液晶弹性体驱动元件及其制备方法，以及液晶弹性体的应用技术

本发明专利技术涉及一种液晶弹性体驱动元件，包括液晶弹性体，其能够在液晶转变温度附近发生可逆的形变，液晶弹性体具有交联网络，交联网络包括相互连接的液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链及交联剂。本发明专利技术还涉及一种液晶弹性体驱动元件的制备方法，包括：将液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链及交联剂加入溶剂中形成混合物溶液；将混合物溶液进行聚合反应，使液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链及交联剂聚合为交联网络，形成液晶弹性体；对液晶弹性体进行取向处理，得到液晶弹性体驱动元件。本发明专利技术还涉及一种液晶弹性体的应用，液晶弹性体用作驱动元件，应用于人工肌肉、盲人显示器、感应器、微流体系统阀门或智能响应界面材料。

Liquid crystal elastomer driving element, method for producing the same, and application of liquid crystal elastomer

The invention relates to a liquid crystal elastomer actuator, including liquid crystal elastomer, which can reversibly change in deformation near the temperature of liquid crystal, liquid crystal elastomer with crosslinking network, the crosslinking network includes liquid crystal molecules connected mutually, containing molecules, allyl sulfide groups and flexible chain crosslinking agent. The invention also relates to a preparation method, a liquid crystal elastomer actuator includes liquid crystal molecules, water molecules, allyl sulfide groups and flexible chain cross-linking agent was added to form a mixture solvent; the mixture solution polymerization, the liquid crystal molecules, water molecules, allyl sulfide groups flexible chain polymerization and crosslinking agent for crosslinking network, the formation of liquid crystal elastomers; liquid crystal elastomer orientation, obtain liquid crystal elastomer actuator. The invention also relates to the application of liquid crystal elastomers, which are used as driving elements for artificial muscles, blind displays, inductors, microfluidic systems, valves, or intelligent response interface materials.

【技术实现步骤摘要】
液晶弹性体驱动元件及其制备方法，以及液晶弹性体的应用
本专利技术涉及液晶弹性体驱动元件领域，尤其涉及一种液晶弹性体驱动元件及其制备方法，以及液晶弹性体的应用。
技术介绍
液晶弹性体驱动元件是一类既有弹性体的熵弹性又有液晶的有序性的刺激-响应性材料，受到光、热、电等刺激下可以产生可逆的力学响应，在驱动器、感应器、人工肌肉以及光动马达等领域具有广泛的应用前景。但是液晶弹性体驱动元件必须在内部液晶基元具有统一的取向并固定的情况下才能够展现出可逆的力学响应驱动。液晶弹性体在制备完成后，一般需要经过特殊的取向加工后才能具有固定的取向，应用于液晶弹性体驱动元件，而取向加工问题一直是限制液晶弹性体驱动元件发展的瓶颈问题。目前来看，现有的取向方法均存在诸多问题。目前应用较为广泛的两步交联法步骤繁琐，且对预聚物初步交联的程度需要精确的控制，在拉伸状态下进行第二步交联又会带来较大的内应力，从而影响液晶弹性体驱动元件的使用寿命。随着对动态共价键的研究逐步深入，动态共价键成为了解决液晶弹性体加工瓶颈的方案之一。通过引入动态共价键到液晶弹性体中，在给予一定的外界刺激的同时，拉伸材料使得网络结构发生变化，内部应力得到快速松弛，从而固定既有取向。但此类方案目前也存在一定问题，譬如引入酯交换体系，会带来热响应重复性不佳的问题，多次高低温循环后取向逐步消失，且液晶弹性体的取向不耐受溶剂，在接触溶剂后取向将会消失。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种耐热及耐溶胀的液晶弹性体驱动元件及其制备方法，以及液晶弹性体的应用。一种液晶弹性体驱动元件，包括液晶弹性体，所述液晶弹性体能够在液晶转变温度附近发生可逆的形变，所述液晶弹性体具有交联网络，所述交联网络包括相互连接的液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂。在其中一个实施例中，所述液晶弹性体驱动元件的形状不限，包括片状、管状或柱状。在其中一个实施例中，所述液晶弹性体驱动元件可逆形变的范围为30-100％。一种液晶弹性体驱动元件的制备方法，包括：将液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂加入溶剂中形成混合物溶液；将所述混合物溶液进行聚合反应，使所述液晶分子、所述含烯丙基硫醚基团的分子、所述柔性链以及所述交联剂聚合形成交联网络，形成液晶弹性体；以及对所述液晶弹性体进行取向处理，得到所述液晶弹性体驱动元件。在其中一个实施例中，进一步包括将光引发剂加入所述混合物溶液。在其中一个实施例中，进一步包括将催化剂加入所述混合物溶液。在其中一个实施例中，所述取向处理包括：对所述液晶弹性体进行形变处理，使所述液晶弹性体具有形变量；以及对具有所述形变量的所述液晶弹性体进行自由基诱发处理，自由基诱发处理为光照处理或加热处理，得到所述液晶弹性体驱动元件。在其中一个实施例中，所述自由基诱发处理为光照处理，所述光照处理的波长为405nm或365nm，光强为24-36mw/cm2或28-32mw/cm2，光照时间为120-180s。一种液晶弹性体的应用，所述液晶弹性体用于液晶弹性体驱动元件，所述液晶弹性体在液晶转变温度附近具有可逆的伸缩形变，所述液晶弹性体具有交联网络，所述交联网络包括相互连接的液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂。在其中一个实施例中，所述液晶弹性体驱动元件，应用于人工肌肉、盲人显示器、感应器、光动马达、微流体系统阀门或智能响应界面材料。本专利技术的液晶弹性体驱动元件及其制备方法，以及液晶弹性体的应用，以烯丙基硫醚基团作为改变网络结构的动态共价键，与液晶分子、柔性链以及交联剂通过加成的方式键合而成，进行取向处理，使液晶弹性体具有固定排列的取向，得到耐热性及耐溶剂性均较佳的液晶弹性体驱动元件，解决了酯交换体系下液晶弹性体的取向易受到高温破坏的问题，具有较好的应用前景，例如可以广泛的应用于人工肌肉、盲人显示器、感应器、光动马达、微流体系统阀门或智能响应界面材料等方面。附图说明图1为本专利技术实施例的片状液晶弹性体驱动元件的照片；图2为本专利技术实施例的管状液晶弹性体驱动元件的照片；图3为本专利技术实施例的柱状液晶弹性体驱动元件的照片；图4为本专利技术实施例的液晶弹性体驱动元件的制备方法的流程图；图5为本专利技术实施例的烯丙基硫醚基团的动态交换示意图；图6为本专利技术实施例1的液晶弹性体驱动元件自发伸缩的示意图；图7为本专利技术实施例1的液晶弹性体驱动元件溶胀前后的对比图；图8为本专利技术实施例1的液晶弹性体驱动元件的应变-温度图；图9为本专利技术实施例2的液晶弹性体驱动元件自发伸缩的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术的具体实施例进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种液晶弹性体驱动元件，包括液晶弹性体，能够在液晶转变温度附近发生可逆的形变，液晶弹性体具有交联网络，交联网络包括相互连接的液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂。烯丙基硫醚基团是一类仅对自由基敏感的基团，在溶剂中可以保持稳定，不会发生动态交换改变网络结构，在获得取向后，液晶弹性体的取向不会在溶胀的过程中消失。由于烯丙基硫醚基团仅对自由基敏感，在无自由基的情况下保持稳定，在存在自由基的情况下发生动态交换。当液晶弹性体的取向固定后，通过溶胀除去残余引发剂，反复的加热与冷却，或溶剂刺激并不会使网络结构内产生自由基，从而网络结构内的烯丙基硫醚基团就不会发生动态交换，液晶弹性体的取向就可以一直保持，使得液晶弹性体驱动元件具有在液晶转变温度附近的稳定的可逆形变。具体的，液晶弹性体驱动元件可逆形变的范围优选为30-100％，以使驱动元件具有更佳的驱动性能。当可逆形变的方向沿液晶弹性体驱动元件的轴向(长度方向)时，可逆形变的范围优选为30-60％；当可逆形变的方向沿液晶弹性体驱动元件的径向(厚度方向)时，可逆形变的范围优选为50-100％。烯丙基硫醚基团的结构式为：请参见图1、图2及图3，液晶弹性体驱动元件可以具有多种形状，如片状、管状和柱状等。不同形状的液晶弹性体驱动元件可以满足不同的用途需求，从而扩大了液晶弹性体驱动元件的应用范围。请参阅图4，本专利技术还提供一种液晶弹性体驱动元件的制备方法，包括：步骤S110，将液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂加入溶剂中形成混合物溶液；步骤S120，将混合物溶液进行聚合反应，使液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂聚合形成交联网络，形成液晶弹性体；以及步骤S130，对所述液晶弹性体进行取向处理，得到液晶弹性体驱动元件。液晶分子优选为具有刚性结构的液晶基元，碳原子个数为3-6的柔性链结构以及可与柔性链、交联剂反应连接的端基。端基优选为丙烯酸酯基团、环氧基团、异氰酸酯基团或双键基团。当端基选自丙烯酸酯基团时，液晶分子优选为RM257或RM82。RM257的结构式如式(I)所示，RM82的结构式如式(II)所示。另外，液晶分子还可以为联苯类、三亚苯类或苯甲腈类。含烯丙基硫醚基团的分子具有烯丙基硫醚基团和能够与柔性链、交联剂反应连接的端基，优选具有柔性链结构，其端基的种类不限，只要能够通过反应进入交联网络即可。且柔性链结构的长度以及端基的种类均可根据不同的应用需求调整,端基与液晶分子的端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶弹性体驱动元件，其特征在于，包括液晶弹性体，所述液晶弹性体能够在液晶转变温度附近发生可逆的形变，所述液晶弹性体具有交联网络，所述交联网络包括相互连接的液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂。

【技术特征摘要】
1.一种液晶弹性体驱动元件，其特征在于，包括液晶弹性体，所述液晶弹性体能够在液晶转变温度附近发生可逆的形变，所述液晶弹性体具有交联网络，所述交联网络包括相互连接的液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂。2.根据权利要求1所述的液晶弹性体驱动元件，其特征在于，所述液晶弹性体驱动元件的形状不限，包括片状、管状或柱状。3.根据权利要求1所述的液晶弹性体驱动元件，其特征在于，所述液晶弹性体驱动元件可逆形变的范围为30-100％。4.一种液晶弹性体驱动元件的制备方法，包括：将液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂加入溶剂中形成混合物溶液；将所述混合物溶液进行聚合反应，使所述液晶分子、所述含烯丙基硫醚基团的分子、所述柔性链以及所述交联剂聚合形成交联网络，形成液晶弹性体；以及对所述液晶弹性体进行取向处理，得到所述液晶弹性体驱动元件。5.根据权利要求4所述的液晶弹性体驱动元件的制备方法，其特征在于，进一步包括将光引发剂加入所述混合物溶液。6.根据权利要求4所述的液晶弹性体驱动元件的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉岩，危岩，钱晓杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11