[发明专利]一种由可见光照射实现光致形变的液晶高分子材料及复合材料

说明书

技术领域

本发明属于液晶高分子材料领域，具体涉及一种新的光致形变液晶高分子材料及复合材料，该高分子材料在室温下经可见光的照射实现形变，再经加热或是可见光的照射又可恢复形变。

背景技术

光致形变液晶高分子材料是一种由光控制的智能形变材料。具体表现为：当材料受到光照射时(通常为紫外光)，其内部结构发生异构化反应而降低液晶分子的有序性，再通过交联液晶网络中高分子链段的协同运动，使高分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上产生光致形变，从而实现从光能到机械能的直接转化。当光照停止后改用其他波长的光照射或者加热，材料又会恢复原状。因此从光致形变到恢复的整个过程是一个可逆的循环过程，材料可以反复利用而不会出现明显的疲劳现象。光是一种清洁的能源，容易实现快速、精确和远程控制，所以光致形变材料成为人们研究的新热点，可用于制造智能传感器和驱动器，在人工肌肉、微型传感器、光控开关以及航空领域都有着广泛的应用前景。

光致形变液晶高分子材料的化学结构需要具有光响应性的有机发色团，因此一般将诸如偶氮苯、苯并螺吡喃、俘精酸酐、1，2-二苯乙烯等光致变色分子引入到液晶体系中。以偶氮苯为例，当体系中棒状的反式偶氮苯受到紫外光照射时会发生顺反异构变化形成V字形的顺式结构，从而打乱液晶分子的有序排列。当偶氮苯发色团接到高分子链上后，其顺反异构变化会引起高分子主链和侧链的构象变化，同时伴随着高分子溶液和固体的物理性能与化学性能的改变。在这个体系中偶氮苯基团因其棒状的结构特征符合液晶性分子要求，所以同时扮演介晶基元的角色。由于液晶的有序排列特性，使偶氮苯介晶基元在特定波长的光作用下，发生较为一致的形态变化，再通过与高分子链的耦合，从而实现微观到宏观上的材料形变。

在过去有关含有偶氮苯发色团的液晶弹性体的研究中，人们已经发现该材料具有一种特殊的光响应性能，在吸收光能后可以发生一维、二维的收缩甚至三维的弯曲形变。由于液晶弹性体兼有弹性体和液晶的双重特性(即弹性和有序性)，与非交联型液晶高分子相比具有许多独特的性质，具有良好的外场响应性和分子协同作用，包括自发地可逆形变特性即“软弹性”等，而且这种可逆形变具有形变量大、可逆性好等优点，因而液晶弹性体在智能材料领域有着诱人的发展前景。

然而，在以往的研究工作中所使用的交联液晶高分子材料的玻璃化转变温度较高(大于50℃)，光致弯曲行为需要在材料被加热的条件下才能发生，所以，不利于器件的小型化，而且，光致形变的激发光源多采用小于380nm的紫外光(200710038100.3、200810032771.3)，对人体有一定的伤害等等，这些不足之处直接影响到材料的应用。鉴于这些原因，本发明提供一种能够在室温下通过可见光的照射来实现形变及在可见光的照射或是加热条件下恢复形变的交联液晶高分子材料及其复合料，它克服了现有材料玻璃化转变温材度较高以及激发光使用紫外光的缺点。本发明还进一步的提供了所述液晶高分子材料的合成方法及其复合材料的制备方法。所述的液晶高分子材料及其复合材料可用于微执行器、人工肌肉等领域。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够在室温下通过可见光的照射来实现形变及在可见光照射或是加热的条件下恢复的交联液晶高分子材料，其特征是，首先有机合成出单体X和交联剂Y，然后再与一定量的光引发剂或者热引发剂混合，放入反应器中，选择合适的光强或是反应温度，通过光聚合反应或者热聚合反应生成液晶高分子材料；

其中，所述单体X的通式为：

D₁——A₁——R

所述交联剂Y的通式为：

D₂——A₂——D₃

其中R是H，或者是C₁-C₂₀的取代或未取代的烃基或者烷氧基，或者是具有极性的端基；A₁、A₂选自如下结构中的一种基团或是两种以对应的结构键链接而成的基团或是三种以对应的结构键链接起来而成的基团，

  —CH＝CH—  —C≡C—  —N＝N—  —B—

  —B—CH＝CH—  —B—C≡C—  

—B₁—C≡C—B₂—  —B₁—CH＝CH—B₂—  —B₁—N＝N—B₂—