一种铋掺杂液晶弹性体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铋掺杂液晶弹性体材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的铋掺杂液晶弹性体材料的制备方法包括以下步骤：1)配制铋(Ⅲ)溶液；2)将丙烯酸酯类液晶单体、铋(Ⅲ)溶液、交联剂、扩链剂、光引发剂和催化剂分散在溶剂中制成前驱体溶液；3)将前驱体溶液倒入模具，再进行除泡、聚合和脱模，得到多畴的铋掺杂液晶弹性体材料；4)将多畴的铋掺杂液晶弹性体材料进行单轴拉伸，并进行紫外光固化，即得单畴的铋掺杂液晶弹性体材料。本发明专利技术的铋掺杂液晶弹性体材料具有光热响应性能优异、光热转换效率高、光热转换效率可调、结构牢固等优点，且其制备方法简单，在软致动器、微型机器人、人工肌肉等领域具有很大的应用价值。等领域具有很大的应用价值。等领域具有很大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种铋掺杂液晶弹性体材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及智能材料
，具体涉及一种铋掺杂液晶弹性体材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]液晶弹性体(LCEs)是一类能够感知外界刺激并做出响应的新型智能材料，其在人工肌肉、柔性机器人、智能探测等诸多领域均有着广阔的应用前景。目前，根据所受外界刺激的类型可以将刺激响应驱动的液晶弹性体分为热响应液晶弹性体、光响应液晶弹性体、电响应液晶弹性体、磁响应液晶弹性体和湿度响应液晶弹性体五大类。光响应液晶弹性体是最常用且最重要的一类，其又可以分为光化学异构响应液晶弹性体和光热响应液晶弹性体。光化学异构响应液晶弹性体通常是紫外光响应，易损伤皮肤，不利于生物应用。光热响应液晶弹性体通常使用可见光/近红外光响应驱动，具有良好的生物相容性和较大的穿透能力，受到了更多人的青睐。然而，现有的光热响应液晶弹性体普遍存在光热转换效率固定、运动模式单一、预设变形形状有限、光利用率低等问题，应用受到了很大的限制。
[0003]因此，开发一种光热响应性能优异、光热转换效率高、光热转换效率可调、结构牢固的液晶弹性体材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种铋掺杂液晶弹性体材料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]一种铋掺杂液晶弹性体材料的制备方法包括以下步骤：
[0007]1)将铋(Ⅲ)化合物用溶剂分散制成铋(Ⅲ)溶液；
[0008]2)将丙烯酸酯类液晶单体、铋(Ⅲ)溶液、交联剂、扩链剂、光引发剂和催化剂分散在溶剂中制成前驱体溶液；
[0009]3)将前驱体溶液倒入模具，再进行除泡、聚合和脱模，得到多畴的铋掺杂液晶弹性体材料；
[0010]4)将多畴的铋掺杂液晶弹性体材料进行单轴拉伸，并进行紫外光固化，即得单畴的铋掺杂液晶弹性体材料。
[0011]优选的，步骤1)所述铋(Ⅲ)化合物为辛癸酸铋、硝酸铋、三氯化铋中的至少一种。
[0012]优选的，步骤1)所述溶剂为甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0013]优选的，步骤1)所述铋(Ⅲ)溶液的浓度为0.1mol/L～5mol/L。
[0014]优选的，步骤2)所述丙烯酸酯类液晶单体为1,4
‑
双
‑
[4
‑
(6
‑
丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]‑2‑
甲基苯(RM82)、4
‑
(3
‑
丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸
‑2‑
甲基
‑
1,4
‑
苯酯(RM257)中的至少一种。
[0015]1,4
‑
双
‑
[4
‑
(6
‑
丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]‑2‑
甲基苯的结构式如下所示：
[0016][0017]4‑
(3
‑
丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸
‑2‑
甲基
‑
1,4
‑
苯酯的结构式如下所示：
[0018][0019]优选的，步骤2)所述交联剂为三巯基化合物、四巯基化合物中的至少一种。
[0020]进一步优选的，步骤2)所述交联剂为季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯(PETMP)、三羟甲基丙烷三(3
‑
巯基丙酸酯)中的至少一种。
[0021]优选的，步骤2)所述扩链剂为二巯基化合物。
[0022]进一步优选的，步骤2)所述扩链剂为3,6
‑
二氧杂
‑
1,8
‑
辛烷二硫醇(EDDET)、1,3
‑
丙二硫醇、乙二醇双氢硫乙酸中的至少一种。
[0023]优选的，步骤2)所述光引发剂为2
‑
羟基
‑
4'
‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(光引发剂2959)、2
‑
苯基苄
‑2‑
二甲基胺
‑1‑
(4
‑
吗啉苄苯基)丁酮(光引发剂369)、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮(光引发剂1173)、苯偶酰双甲醚(光引发剂651)中的至少一种。
[0024]优选的，步骤2)所述催化剂为二正丁胺(DPA)、三乙胺(TEA)、1,8
‑
二氮杂双环[5.4.0]十一碳
‑7‑
烯(DBU)中的至少一种。
[0025]优选的，步骤2)所述溶剂为甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0026]优选的，步骤2)所述丙烯酸酯类液晶单体、交联剂、扩链剂的摩尔比为80～120:5～20:70～110。
[0027]优选的，步骤2)所述铋(Ⅲ)溶液中铋(Ⅲ)的摩尔量占丙烯酸酯类液晶单体、交联剂和扩链剂的总摩尔量的0.1％～10％。
[0028]优选的，步骤2)所述光引发剂的摩尔量占丙烯酸酯类液晶单体、交联剂和扩链剂的总摩尔量的0.5％～5％。
[0029]优选的，步骤2)所述催化剂的摩尔量占丙烯酸酯类液晶单体、交联剂和扩链剂的总摩尔量的0.5％～5％。
[0030]优选的，步骤3)所述模具为聚四氟乙烯槽、硅胶套管、液晶盒中的一种。
[0031]优选的，步骤3)所述聚合在40℃～90℃下进行，聚合时间为4h～24h。
[0032]优选的，步骤4)所述单轴拉伸的拉伸长度为初始长度的150％～500％。
[0033]优选的，步骤4)所述紫外光固化的时间为3min～60min。
[0034]一种铋掺杂液晶弹性体材料，其由上述制备方法制成。
[0035]本专利技术的铋掺杂液晶弹性体材料进行光热转换效率调控的方法如下(通过紫外灯照射和25℃～120℃下放置来实现高光热转换效率和低光热转换效率的切换)：
[0036]采用波长为320nm～400nm的紫外光照射铋掺杂液晶弹性体材料，照射时间为1min～60min，照射距离为1cm～50cm，照射强度密度为0.01W/cm2～2W/cm2，即可得到高光热转换效率的铋掺杂液晶弹性体材料(记为hPTC
‑
Bi@LCE)；
[0037]将铋掺杂液晶弹性体材料置于25℃～120℃下放置0.5h～24h，即可得到低光热转换效率的铋掺杂液晶弹性体材料(记为lPTC
‑
Bi@LCE)。
[0038]一种柔性致动器，其包含上述铋掺杂液晶弹性体材料。
[0039]本专利技术的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋掺杂液晶弹性体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将铋(Ⅲ)化合物用溶剂分散制成铋(Ⅲ)溶液；2)将丙烯酸酯类液晶单体、铋(Ⅲ)溶液、交联剂、扩链剂、光引发剂和催化剂分散在溶剂中制成前驱体溶液；3)将前驱体溶液倒入模具，再进行除泡、聚合和脱模，得到多畴的铋掺杂液晶弹性体材料；4)将多畴的铋掺杂液晶弹性体材料进行单轴拉伸，并进行紫外光固化，即得单畴的铋掺杂液晶弹性体材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述铋(Ⅲ)化合物为辛癸酸铋、硝酸铋、三氯化铋中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述丙烯酸酯类液晶单体为1,4
‑
双
‑
[4
‑
(6
‑
丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]
‑2‑
甲基苯、4
‑
(3
‑
丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸
‑2‑
甲基
‑
1,4
‑
苯酯中的至少一种。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述交联剂为三巯基化合物、四巯基化合物中的至少一种；步骤2)所述扩链剂为二巯基化合物；步骤2)所述光引发剂为2
‑
羟基
‑
4'
‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮、2
‑
苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘久林，刘灏珺，何永成，罗佳佳，王覃兮，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：