液晶弹性体致动器及应用制造技术

本公开属于液晶技术领域，具体涉及液晶弹性体致动器及应用；液晶聚合物薄膜按照预设的Kresling结构编制外观诱导分子取向，进行后交联得到具有Kresling结构的液晶弹性体致动器，该致动器能够在加热或光照条件下驱动负载发生可逆伸缩运动，可在软机械执行器、人工肌肉的应用、多自由度运动的弹性体、温度传感器、光传感器、人体内血管支架或器官支撑体的应用。人体内血管支架或器官支撑体的应用。人体内血管支架或器官支撑体的应用。

【技术实现步骤摘要】
液晶弹性体致动器及应用


[0001]本公开属于液晶
，具体涉及液晶弹性体致动器及应用。

技术介绍

[0002]液晶弹性体材料是一类典型的具有双向形状记忆特性同时力学性能优良的功能软材料，在人工肌肉、软机器人等智能器件领域有应用潜力。
[0003]然而，现有液晶弹性体材料的致动形式受限于类型化的化学结构和分子取向调控模式，难以取得常规的软致动器材料所不具备的性质。目前，液晶弹性体可以通过“一步法”或“两步法”来制备。
[0004]“一步法”是通常是将可聚合液晶单体直接交联，常被用于制备多畴的液晶弹性体，其体系中杂乱无章的液晶取向无法使材料在外界刺激下产生宏观的形变。
[0005]“两步法”可用于制备单畴的液晶弹性体。“两步法”是通过先获得线性的或轻度交联的液晶聚合物，对其取向后再进行化学交联来固定取向，得到液晶基元均一取向的单畴液晶弹性体。在可逆的有序
‑
无序相转变的作用下，液晶弹性体会展现出宏观的可逆形状变化。但是，受限于以上制备工艺，液晶弹性体分子取向模式比较单一，其外观局限于薄膜或者纤维，因此致动形式局限于简单的收缩、弯曲和扭曲模式。
[0006]在现有的技术中，摩擦取向、光取向、磁控取向等技术也可被应用于小面积上的分子取向模式和致动形式的调控，但是难以大规模制备且仅限应用在厚度很小的液晶聚合物薄膜(～50μm)中。
[0007]更重要的是，以上技术均无法突破材料本身化学结构的限制，从而实现材料本身不具有的性质，例如零泊松比、多稳态结构、可调刚性。<br/>
技术实现思路

[0008]第一方面，本专利技术提供了一种液晶弹性体致动器，利用Kresling折纸结构编制液晶弹性体薄膜，可制得具有Kresling结构的液晶弹性体致动器。
[0009]一种液晶弹性体致动器，包括液晶弹性体薄膜，所述液晶弹性体薄膜进行折叠，折叠的折痕处产生液晶分子垂直于折痕取向，其他区域呈现低取向程度或无取向的多畴状态，受热时所述液晶弹性体薄膜发生相变，使折痕趋向从折叠到展开的状态，所有的折痕协同运动。
[0010]在一些公开中，所述液晶弹性体薄膜以Kresling折纸结构折叠。
[0011]在一些公开中，所述液晶弹性体薄膜的折叠结构基本单元的特征角度范围为：0＜α+β≤90
°
。
[0012]在一些公开中，所述液晶弹性体致动器受刺激前处于折叠的初始状态，受刺激后会伸长，撤去刺激后又会恢复到初始状态，所述刺激包括加热刺激或者光刺激。
[0013]在一些公开中，所述液晶弹性体致动器受刺激后会伸长至初始长度的2倍以上。
[0014]在一些公开中，所述液晶弹性体致动器在加热刺激或者光刺激不同区域下，进行
弯曲、扭转变形。
[0015]在一些公开中，所述液晶聚合物薄膜厚度大于50μm。
[0016]在一些公开中，所述液晶弹性体致动器制备方法包括以下任一项：
[0017](1)将液晶弹性体薄膜折成Kresling折纸结构，液晶弹性体薄膜折成Kresling折纸结构形成的接口之间通过粘贴方式进行固定连接；
[0018](2)将液晶弹性体薄膜折成Kresling折纸结构，使液晶弹性体薄膜折叠形成的接口的贴合，将折叠好的液晶弹性体薄膜在50℃下加热10小时，使液晶弹性体薄膜的折叠形成的接口的热熔连接，并固定接口。
[0019]在一些公开中，所述液晶弹性体薄膜制备包括以下任一方法：
[0020](1)将液晶单体RM257(50.5mol％)、扩链剂DODT(42.8mol％)、交联剂PETMT(4.8mol％)、硝基偶氮苯染料(1.9mol％)溶于氯仿中，超声处理得到透明溶液；将透明溶液倒入聚四氟乙烯模具中，在50℃下保温1小时，得到预交联的液晶弹性体薄膜；
[0021](2)将液晶单体MBB(41.2mol％)、聚合物PMHS(51.6mol％)、11UB(4.4mol％)、1002染料(2.8mol％)溶于氯仿中，超声处理得到透明溶液；
[0022]将透明溶液倒入聚四氟乙烯模具中，在50℃下保温1小时，得到预交联的液晶弹性体薄膜；
[0023](3)将液晶单体RM82(55.5mol％)、扩链剂DODT(39.8mol％)、交联剂OPDSPA(3.0mol％)、炭黑(1.7mol％)溶于氯仿中，超声处理得到透明溶液；将透明溶液倒入聚四氟乙烯模具中，在50℃下保温1小时，得到预交联的液晶弹性体薄膜。
[0024]第二方面，本专利技术提供了一种致动器，致动器包括第一方面的液晶弹性体致动器，在以下以下任一项的应用：
[0025](1)致动器在软机械执行器的应用；
[0026](2)致动器在人工肌肉的应用；
[0027](3)致动器在多自由度运动的弹性体的应用；
[0028](4)致动器作为温度传感器的应用；
[0029](5)致动器作为光传感器的应用；
[0030](6)致动器在人体内血管支架或器官支撑体的应用。
[0031]有益效果：
[0032]解决液晶弹性体材料致动形式局限于简单的收缩、弯曲和扭曲模式的技术问题，提供了可伸展、多自由度运动的液晶弹性体致动器。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本公开实施例的折痕结构设计图；
[0035]图2是本公开实施例的驱动应力随温度变化图；
[0036]图3是本公开实施例的致动过程实物图，左边为材料初始状态下的状态图，右边为在波长为365nm，从前、后、左、右照射时，材料向上伸展的状态图；
[0037]图4是本公开实施例的形变程度随温度和光照强度变化实物图，图4中(a)为在20℃或者光强20mW/cm2下的材料向上伸展的状态图，图4中(a)为在20℃或者光强20mW/cm2下的材料向上伸展的状态图，图4中(b)为在40℃或者光强40mW/cm2下的材料向上伸展的状态图，图4中(c)为在50℃或者光强50mW/cm2下的材料向上伸展的状态图，图4中(d)为在60℃或者光强60mW/cm2下的材料向上伸展的状态图，图4中(e)为在65℃或者光强70mW/cm2下的材料向上伸展的状态图，图4中(f)为在70℃或者光强80mW/cm2下的材料向上伸展的状态图，图4中(g)为在75℃或者光强90mW/cm2下的材料向上伸展的状态图，图4中(h)为在80℃或者光强100mW/cm2下的材料向上伸展的状态图；
[0038]图5是本公开实施例的光控致动器向任意方向弯曲实物图，图5中(a)为在光强50mW/cm2下从315
°
方向照射，材料向135
°
方向弯曲，图5中(b)为在光强50本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液晶弹性体致动器，其特征在于，包括液晶弹性体薄膜，所述液晶弹性体薄膜进行折叠，折叠的折痕处产生液晶分子垂直于折痕取向，其他区域呈现低取向程度或无取向的多畴状态，受热时所述液晶弹性体薄膜发生相变，使折痕趋向从折叠到展开的状态，所有的折痕协同运动。2.根据权利要求1所述的液晶弹性体致动器，其特征在于，所述液晶弹性体薄膜以Kresling折纸结构折叠。3.根据权利要求2所述的液晶弹性体致动器，其特征在于，所述液晶弹性体薄膜的折叠结构基本单元的特征角度范围为：0＜α+β≤90
°
。4.根据权利要求1所述的液晶弹性体致动器，其特征在于，所述液晶弹性体致动器受刺激前处于折叠的初始状态，受刺激后会伸长，撤去刺激后又会恢复到初始状态，所述刺激包括加热刺激或者光刺激。5.根据权利要求4所述的液晶弹性体致动器，其特征在于，所述液晶弹性体致动器受刺激后会伸长至初始长度的2倍以上。6.根据权利要求1所述的液晶弹性体致动器，其特征在于，所述液晶弹性体致动器在加热刺激或者光刺激不同区域下，进行弯曲、扭转变形。7.根据权利要求1所述的液晶弹性体致动器，其特征在于，所述液晶聚合物薄膜厚度大于50μm。8.根据权利要求1
‑
7任一所述的液晶弹性体致动器，其特征在于，所述液晶弹性体致动器制备方法包括以下任一项：(1)将液晶弹性体薄膜折成Kresling折纸结构，液晶弹性体薄膜折成Kresling折纸结构形成的接口之间通过粘贴方式进行固定连接；(2)将液晶弹性体薄膜折成Kresling折纸结构，使液晶弹性体薄膜折叠形成的接口的贴合，将折叠好的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄帅，黄银亮，徐艺艺，王瑾宇，陶钰，杨涛，杨洪，李全，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：