[发明专利]一种可离子导电的胆甾相液晶弹性体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种可离子导电的胆甾相液晶弹性体及其制备方法和应用，本发明提供的可离子导电的胆甾相液晶弹性体通过在胆甾相液晶弹性体网络和离子凝胶网络之间引入硅烷偶联剂制备而成，具体制备过程包括离子液体的制备，离子凝胶的制备，离子凝胶的表面修饰和离子导电胆甾相液晶弹性体的制备。由于具有力致变色和离子导电特性，制备的胆甾相液晶弹性体在机械力作用下能够进行光学可视化和电信号响应。特别地，通过离子导电胆甾相液晶弹性体的简单堆叠，可以构建电容式压力传感器，实现对压力的实时光电双信号传感。本发明提供的离子导电胆甾相液晶弹性体在先进人工皮肤、人体健康监测、人机交互以及智能机器人等领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于功能性液晶材料技术领域，具体涉及一种可离子导电的胆甾相液晶弹性体及其制备方法及和应用，所制备的胆甾相液晶弹性体具有力致变色和离子导电特性，可以实时对外部力的作用进行光信号和电信号响应，且其圆偏振反射色和电导率可以通过改变手性剂和离子液体含量等进行调控，基于该离子导电胆甾相液晶弹性体还能构建电容式传感器，实现压力的可视化和数字化传感。该发明有望在人工皮肤、智能机器人和人机交互等领域获得应用。

背景技术

皮肤是生物体与外界环境直接接触的器官，能够感知环境信息并将其编码为生物电信号，通过离子传输传递到神经系统，从而灵敏地感知外界环境的变化。通过模仿生物皮肤的传感功能，科研人员开发了人造皮肤，如电子皮肤和离子皮肤，在健康监测、人机交互、智能机器人、和假肢等新兴领域具有广泛的应用前景。值得注意的是，某些生物体还可以通过主动改变皮肤颜色对周围环境做出反应，以更好地生存和繁衍。例如，变色龙可以通过将外界刺激转化为电信号来调节真皮层虹膜细胞内鸟嘌呤纳米晶体之间的晶格间距，从而调节皮肤的颜色。受自然有机体的启发，制备具有光电双信号传感功能的人工皮肤成为研究的热点，如何开发同时具有鲜艳结构色和优异导电性的材料是当前该领域的关键科学问题。在众多材料体系中，兼具聚合物弹性和圆偏振反射色的胆甾相液晶弹性体(CLCE)展现出独特的优势，引起了人们的广泛关注。由于具有可调的周期性螺旋纳米结构、大的弹性各向异性和灵敏的刺激响应性，制备方法简便，CLCE已被开发并用于制造光学材料和器件。尽管目前CLCE在仿生变色伪装领域取得了诸多进展，但制备具有传感功能的导电CLCE仍然是一项艰巨的挑战。

基于此，我们提出了可离子导电的胆甾相液晶弹性体，该材料不仅具有动态力致变色特性和优异的离子电导率，而且还能通过简单的堆叠构建电容式传感器，实现对压力的实时光电双信号响应。该发明有望为人工皮肤、智能机器人和人机交互等领域的发展奠定基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种可离子导电的胆甾相液晶弹性体及其制备方法，利用硅烷偶联剂对离子凝胶(ionogel)进行表面修饰，通过两阶段硫醇/丙烯酸酯迈克尔加成-光聚合反应的各向异性挥发法，将CLCE在离子凝胶表面进行原位自组装，从而获得可离子导电的胆甾相液晶弹性体(iCLCE)。

本发明的另一个目的提供所述可离子导电的胆甾相液晶弹性体的应用，由于在CLCE和离子凝胶网络界面间引入共价键，因此iCLCE具有较强的界面结合强度。得益于优异的力致变色性能和较高的离子电导率，本发明制备的胆甾相液晶弹性体可以实现光学可视化和电信号响应。由于其独特的双层结构，将iCLCE简单堆叠可以构建电容式传感器，实现对压力的实时光电双信号响应。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种可离子导电的胆甾相液晶弹性体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1)离子液体的制备

将有机阳离子化合物和阴离子化合物经溶解，搅拌，静置分层后，取透明油状液体，清洗去除残留物，加热干燥，得到可聚合离子液体；替换有机阳离子化合物，经过与上述相同的制备过程，得到溶剂离子液体；

步骤2)离子凝胶的制备