[发明专利]一种MXene纳米液晶复合软体致动器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种MXene纳米液晶复合软体致动器及其制备方法和应用，通过以下步骤制备：首先，制备表面功能化的可聚合MXene纳米单体；然后，将上述制备的可聚合MXene纳米单体与可聚合液晶单体、扩链剂、交联剂、催化剂、引发剂按预定比例于溶剂中混合均匀，经脱泡后倒入管状模具中进行第一阶段聚合反应，经后处理脱模后获得管状预聚体；最后，将上述获得的预聚体沿长轴方向进行单轴拉伸，并在拉伸状态下进行第二阶段光聚合反应，得到MXene纳米液晶复合软体致动器。本发明的MXene纳米液晶复合软体致动器具有自适应向光弯曲的能力，能够在三维空间的所有角度快速感知、连续跟踪和自适应地与入射光相互作用。

技术领域

本发明涉及功能性液晶材料技术领域，特别是涉及一种MXene纳米液晶复合软体致动器及其制备方法和应用。

背景技术

在自然界中，具有自我调节能力的自适应驱动系统无处不在，例如向日葵等植物所展现的向光性便是一种典型的具有自我调节能力的自适应驱动系统。研究表明，植物向光性是由于阳光引起的植物茎中的生长因子的梯度分布引起的，这使得背光侧的细胞伸长从而产生向光弯曲现象，有利于植物最大限度地收集太阳能并进行光合作用。受自然有机体的启发，制备具有自适应能力的人工向光性材料成为研究的热点，如何开发能够自主向光并适应环境变化进行实时光跟踪的智能向光系统和材料是当前该领域的关键科学问题。在众多材料体系中，兼具聚合物弹性和介晶各向异性的液晶弹性体(LCE)展现出独特的优势，引起了人们的广泛关注。由于存在大且可逆的驱动性、形状变形可编程性、出色的加工性以及刺激响应性等优点，具有非对称层压结构和对称圆柱结构的LCE致动器已被开发并用于制造人工光致器件的传感和致动组件。然而，上述LCE软致动器没有建立内置反馈回路，无法实现向光性的自适应调节，并且这些人工光电系统往往存在光机械设计复杂、弯曲角度有限、驱动功率高、机械性能差、在三维空间中的光跟踪能力不足等弊端。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的LCE软致动器没有建立内置反馈回路，无法实现向光性的自适应调节，而提供一种MXene纳米液晶复合软体致动器及其制备方法和应用。

本发明的另一目的，提供一种MXene纳米液晶复合软体致动器。

本发明的另一目的，提供一种MXene纳米液晶复合软体致动器的应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种MXene纳米液晶复合软体致动器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备具有高光热转化效率的超薄MXene纳米片，对其表面依次进行硅层包覆、对硅层表面进行氨基改性、加入可聚合苯甲酸单体进行酰胺化反应从而获得表面功能化的可聚合MXene纳米单体；

步骤2，将上述制备的可聚合MXene纳米单体与可聚合液晶单体、扩链剂、交联剂、催化剂、引发剂按预定比例于溶剂中混合均匀，经脱泡后倒入管状模具中进行第一阶段聚合反应，待第一阶段聚合反应结束后进行干燥处理以除去溶剂，脱模后获得管状预聚体；

步骤3，将上述获得的预聚体沿长轴方向进行单轴拉伸，并在拉伸状态下进行第二阶段光聚合反应，得到MXene纳米液晶复合软体致动器。

在上述技术方案中，所述超薄MXene纳米片为Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、Ti₄N₃T_x、Ti₃CNT_x、Mo₂TiC₂T_x、Nb₂CT_x或V₂CT_x，所述超薄MXene纳米片的单片横向尺寸为300nm～10μm；