液晶纳米复合薄膜、光驱动自持续振动器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种液晶纳米复合薄膜、光驱动自持续振动器及其制备方法和应用，首先通过酰胺化学反应合成了可聚合纳米单体，接着使用液晶盒将液晶混合物进行展曲取向，然后进一步光引发交联，形成液晶纳米复合薄膜，最后将复合薄膜进行后处理即可获得光驱动可持续振动器。在光照下，交联在薄膜内部的光热剂可以吸收光能并转化成热能，引起液晶纳米复合物的液晶基元发生扰动，液晶纳米复合薄膜发生整体的宏观弯曲，由于自阴影效应，薄膜反射涂层涂覆的部分挡住了入射光，使得被遮挡的部分温度降低，薄膜由弯曲状态回到初始平整状态。因此，液晶纳米复合膜在光照下可以产生持续稳定的振动；撤除入射光后，薄膜停止振动并逐渐冷却而恢复到初始状态。恢复到初始状态。恢复到初始状态。

【技术实现步骤摘要】
液晶纳米复合薄膜、光驱动自持续振动器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及振动器
，特别是涉及一种液晶纳米复合薄膜、光驱动自持续振动器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在自然界中，昆虫和鸟儿在飞行过程中展现出卓越的机动性能兼具良好的稳定性，它们采用扑翼的方式进行飞行，通过上下煽动翅膀提供向上飞行的动力。受到大自然飞行的启发，人们通过结构设计和系统集成等方式开发了仿生扑翼飞行器，可以模仿自然界中的生物飞行,具有机动性好、飞行效率高、噪音小等优点,比传统的固定翼飞机和旋翼飞机更有优势，因此具有更加广泛的应用前景。
[0003]近年来，开发基于软材料高分子薄膜的仿生扑翼飞行器成为研究的焦点，如何实现在外界刺激下能够发生自持续振动的柔性薄膜是当前该领域的关键科学问题。在众多聚合物中，液晶高分子展现出卓越的优势，引起各界的广泛关注。液晶高分子材料兼具高分子的弹性和液晶的各向异性，通过对其分子取向状态进行编程，在外界刺激下能够发生大幅度的可逆形变，且具有良好的循环稳定性，在智能材料领域具有广阔的应用前景。在液晶薄膜的众多驱动方式中(包括热、电、磁等刺激方式)，光驱动可以进行快速的控制而且具有更高的空间和时间分辨率，另外，光是一种可再生清洁的理想能源，光驱动振动液晶薄膜可以通过非接触的方式进行控制，因此具有更高的空间自由度和灵活性，但是液晶高分子本身对光吸收非常有限，导致产生驱动效果并不理想。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对液晶高分子本身对光吸收非常有限，导致产生驱动效果并不理想，而提供一种具有光热转化效应的可聚合纳米单体的制备方法。
[0005]本专利技术的另一目的，提供一种可聚合纳米单体。
[0006]本专利技术的另一目的，提供一种液晶纳米复合薄膜的制备方法。
[0007]本专利技术的另一目的，提供一种液晶纳米复合薄膜。
[0008]本专利技术的另一目的，提供一种光驱动自持续振动器的制备方法。
[0009]本专利技术的另一目的，提供一种光驱动自持续振动器。
[0010]本专利技术的另一目的，提供一种光驱动自持续振动器的应用。
[0011]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0012]一种具有光热转化效应的可聚合纳米单体的制备方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1，制备具有高光热转化效率的功能纳米材料，对其表面进行硅层包覆；
[0014]步骤2，使用末端带有
‑
NH2的硅氧烷偶联剂对所述硅层进行修饰，制备得到氨基化光热纳米材料；
[0015]步骤3，将末端带有羧基的可聚合苯甲酸单体和上述制备的氨基化光热纳米材料
进行酰胺化反应，反应结束后进行离心，去除上清液后蒸干去除溶剂，得到具有光热转化效应的可聚合纳米单体。
[0016]在上述技术方案中，所述功能纳米材料为全光谱吸收材料或选择性吸收纳米材料，优选为碳纳米管、石墨烯、MXene、金纳米棒或金纳米球；
[0017]所述硅层的厚度为10～200nm，所述硅氧烷偶联剂为3
‑
氨基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基乙基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基三甲氧基硅烷或9
‑
氨基
‑
4，7
‑
二亚氨基三乙氧基硅烷，具体结构分别为以下化合物
Ⅰ‑Ⅳ
，
[0018][0019]所述可聚合苯甲酸单体的端基分别为羧基和丙烯酸酯双键，具体结构如下：
[0020][0021]优选的，所述可聚合苯甲酸单体为4
‑
(6
‑
(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酸。
[0022]本专利技术的另一方面，提供一种所述制备方法制备的可聚合纳米单体，优选的，所述可聚合纳米单体光吸收范围为300～1200nm。
[0023]本专利技术的另一方面，提供一种液晶纳米复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0024]步骤S1，通过使用取向剂处理的方法获得上下两个基板分别为垂直取向和平行取向的液晶盒，将具有可聚合液晶单体、光引发剂和如权利要求3所述的具有光热转化效应的可聚合纳米单体按预定比例混合，获得均匀的宽温域液晶纳米混合物；
[0025]步骤S2，通过升高温度和毛细作用力将所述宽温域液晶纳米混合物灌入所述液晶盒中，通过缓慢降温和保温退火方式使液晶分子呈现展曲取向，然后使用紫外光进行光交联，将液晶盒打开，得到具有展曲取向的液晶纳米复合薄膜。
[0026]在上述技术方案中，所述步骤S1中可聚合液晶单体为末端带有不同反应官能度的可聚合液晶单体，所述可聚合液晶单体的相变温度为30～150℃，所述可聚合液晶单体为双反应官能度的可聚合液晶单体和/或单反应官能度的可聚合液晶单体，其中，双反应官能度的可聚合液晶单体的含量为20％～95％，单反应官能度的可聚合液晶单体的含量为0％～50％，具有光热效应的具有光热转化效应的可聚合纳米单体为5％～25％，光引发剂的含量为0.5％～2％；
[0027]所述单反应官能度的可聚合液晶单体结构为：
[0028][0029]其中，n＝2～13，m＝1～12，z＝
[0030]X＝H、CI、F、CH3；
[0031]所述双反应官能度的可聚合液晶单体的结构为：
[0032][0033]其中，n＝2～13，m＝1～12，z＝
[0034]X＝H、Cl、F、CH3；
[0035]所述S2中紫外光的波长为365nm，光强为10～200mW/cm2，所述光交联的时间为1～30min。
[0036]本专利技术的另一发面，提供一种所述的制备方法制备的液晶纳米复合薄膜，优选的，所述液晶纳米复合薄膜的厚度为5～100μm。
[0037]本专利技术的另一方面，提供一种光驱动自持续振动器的制备方法，
[0038]将上述的液晶纳米复合薄膜后进行剪切，并在液晶纳米复合薄膜一侧的上、下表面上涂覆或粘贴光反射层或者粘贴反射塑料薄膜，固定液晶纳米复合薄膜的另一端形成悬臂结构，得到液晶纳米复合薄膜振动器，通过调节光照方向和强度，光照射液晶的平行取向面，即可实现具有自遮影反馈回路的液晶纳米复合薄膜振动器，关掉红外光后，薄膜停止振动并恢复到初始形状。优选的，所述光反射层为白纸、锡纸或铝薄纸。
[0039]本专利技术的另一方面，提供一种所述的制备方法制备的光驱动自持续振动器，光照液晶纳米复合薄膜，所述光驱动自持续振动器自持续振动，停止光照，所述光驱动自持续振动器恢复原态。在光照下，交联在薄膜内部的光热剂可以吸收光能并转化成热能，进而引起液晶纳米复合物的液晶基元发生扰动，导致液晶纳米复合薄膜发生整体的宏观弯曲，由于自阴影效应，薄膜反射涂层涂覆的部分挡住了入射光，使得被遮挡的部分温度降低，薄膜在弯曲状态下进行如图3中B
‑
D的往复形变。因此，液晶纳米复合膜在光照下可以产生持续稳定的振动；撤除入射光后，薄膜停止振动并逐渐冷却而恢复到初始状态。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光热转化效应的可聚合纳米单体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备具有高光热转化效率的功能纳米材料，对其表面进行硅层包覆；步骤2，使用末端带有
‑
NH2的硅氧烷偶联剂对所述硅层进行修饰，制备得到氨基化光热纳米材料；步骤3，将末端带有羧基的可聚合苯甲酸单体和步骤2制备的氨基化光热纳米材料进行酰胺化反应，后处理得到具有光热转化效应的可聚合纳米单体。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能纳米材料为全光谱吸收纳米材料或选择性吸收纳米材料，优选的，当所述功能纳米材料为全光谱吸收纳米材料时，所述功能纳米材料为碳纳米管、石墨烯或MXene，当所述功能纳米材料为选择性吸收纳米材料时，所述功能纳米材料为金纳米棒或金纳米球；所述硅层的厚度为10～200nm，所述硅氧烷偶联剂为3
‑
氨基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基乙基三乙氧基硅烷、9
‑
氨基
‑
4，7
‑
二亚氨基三乙氧基硅烷或3
‑
氨基三甲氧基硅烷；所述可聚合苯甲酸单体的端基分别为羧基和丙烯酸酯双键，具体结构如下：其中，n＝2～13，其中，n＝2～13，X＝H、Cl、F、CH3.，优选的，所述可聚合苯甲酸单体为4
‑
(6
‑
(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酸。3.一种基于权利要求1
‑
2任意一项所述制备方法制备的可聚合纳米单体，优选的，所述可聚合纳米单体光吸收范围为300～1200nm。4.一种液晶纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，通过使用取向剂处理的方法获得上下两个基板分别为垂直取向和平行取向的液晶盒，将具有可聚合液晶单体、光引发剂和如权利要求3所述的可聚合纳米单体按预定比例混合，获得均匀的宽温域液晶纳米混合物；步骤S2，通过升高温度和毛细作用力将所述宽温域液晶纳米混合物灌入所述液晶盒中，通过缓慢降温和保温退火方式使液晶分子呈现展曲取向，然后使用紫外光进行光交联，将液晶盒打开，得到具有展曲取向的液晶纳米复合薄膜。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲，陈原浩，杨潇，杨言昭，
申请(专利权)人：钱塘科技创新中心，
类型：发明
国别省市：