1.本发明涉及一种多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件及其制备方法。
背景技术：
2.智能材料是一种可以在外界环境刺激下，产生形状变化的材料，包括压电陶瓷、形状记忆合金等。其中，智能高分子材料因其易于加工成型、轻质、柔性和耐腐蚀等特性，而受到科研界和产业界的广泛关注，可望应用于机器人、柔性太阳能电池、防伪和伪装等领域。
3.智能高分子材料种类繁多，包含水凝胶、形状记忆高分子、电活性高分子和弹性体。与上述几种智能高分子材料相比，液晶交联聚合物网络因其一系列独特的性质而逐渐成为研究热点。1.外界条件刺激下，液晶交联聚合物网络可以在水、真空等不同苛刻的环境下产生形变。2.液晶交联聚合物网络可以在多种外界刺激，如温度、湿度、光、电场和磁场的作用下，产生可逆的形变，且形变量较大。3.通过液晶的自组装行为调节液晶的取向方式，可以有效调控液晶交联聚合物网络的变形行为。目前，虽然利用液晶交联聚合物网络已经开发了许多柔性驱动器件。但是，基于液晶交联聚合物网络设计和制备多功能柔性驱动器件仍存在具大的挑战。例如，采用在液晶交联聚合物网络中加入导电材料赋予其导电性能的同时，将会牺牲其原有的刺激响应性形变行为，显著降低其柔性和较大的可逆形变。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于针对设计和制备多功能液晶交联聚合物网络柔性驱动器件中，难以实现超高导电率，并保持其较好的机械性能和较大的可逆形变等问题。采用机械编程法制备了具有较大可逆形变的液晶交联聚合物网络管，并将低熔点的液态金属直接灌入液晶交联聚合物网络管中得到具备超高导电率和较大可逆形变的多功能柔性驱动器件。本发明提供了一种工艺简单、性能可调的多功能液晶交联聚合物网络柔性驱动器件的制备方法。
5.其制备方法包括如下步骤：
6.(1)将液晶单体、链增长剂、交联剂、催化剂和光引发剂加入到溶剂中，混合均匀之后加入自制的模具中成型，得到不同尺寸的多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管(图1)。
7.(2)通过机械编程法得到单畴(取向)液晶交联聚合物网络管驱动器件(图2)。采用机械拉伸使得多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管沿着拉伸方向取向，紫外光交联固定液晶在液晶交联聚合物网络的取向方式。
8.(3)将制备的低熔点液态金属直接注射到液晶交联聚合物网络管驱动器件中，得到具备超高导电率和较大可逆形变的多功能柔性驱动器件(图3)，可应用于热响应智能电子开关(图 4)。
9.本发明的特点：
10.本发明采用机械编程法制备了具有较大可逆形变的液晶交联聚合物网络管，并将
低熔点的液态金属直接灌入液晶交联聚合物网络管中得到具备超高导电率和较大可逆形变的多功能柔性驱动器件。本发明的优势在于：
11.(1)通过机械编程法得到单畴(取向)液晶交联聚合物网络管驱动器件具备较大的可逆形变，长度方向上的形变量可达200％。
12.(2)机械编程法适用于不同的液晶体系，包括丙烯酸酯、聚硅氧烷、环氧树脂和聚氨酯。
13.(3)机械编程法所制备的液晶交联聚合物网络管驱动器件的表面结构可调(图5)。
14.(4)多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件具备超高导电率3.4
×
106s/m和较大的可逆形变200％。
15.(5)多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件可作为抗疲劳性优异的热响应智能电子开关。
附图说明
16.图1不同内径液晶交联聚合物网络管的照片。
17.图2液晶交联聚合物网络管可逆热驱动行为的照片。
18.图3液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件不同温度下的导电率和可逆热驱动行为。
19.图4液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件用作热响应电开关。
20.图5通过机械编程法控制液晶交联聚合物网络管驱动器件的表面结构。
21.具体实施案例
22.实施例1
23.(1)将液晶单体、链增长剂、交联剂、催化剂和光引发剂加入到溶剂中，混合均匀之后灌入到自制的模具中，80℃下烘干12～24小时，得到多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管。
24.(2)在应变为200％下，机械拉伸多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管，并在光强为 30mw/cm2的紫外光下照射15～30分钟，得到单畴(取向)液晶交联聚合物网络管驱动器件。
25.(3)将制备得到的熔点为15℃的铟镓合金直接注入到液晶交联聚合物网络管驱动器件中，制备得到多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件。
26.实施例2
27.(1)将液晶单体、链增长剂、交联剂、催化剂和光引发剂加入到溶剂中，混合均匀之后灌入到自制的模具中，80℃下烘干12～24小时，得到多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管。
28.(2)在应变为200％下，机械拉伸多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管，并在光强为 30mw/cm2的紫外光下照射15～30分钟，得到单畴(取向)液晶交联聚合物网络管驱动器件。
29.(3)将制备得到的熔点为15℃的铟镓合金直接注入到液晶交联聚合物网络管驱动器件中，制备得到多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件。
30.实施例3
31.(1)将液晶单体、链增长剂、交联剂、催化剂和光引发剂加入到溶剂中，混合均匀之后灌入到自制的模具中，80℃下烘干12～24小时，得到多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管。
32.(2)在应变为200％下，机械拉伸多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管，并在光强为 30mw/cm2的紫外光下照射15～30分钟，得到单畴(取向)液晶交联聚合物网络管驱动器件。
33.(3)将制备得到的熔点为5℃的铟镓合金直接注入到液晶交联聚合物网络管驱动器件中，制备得到多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件。
技术特征：
1.多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件，以溶剂成型和机械编程所制备的液晶交联聚合物网络管驱动器为主题框架，低熔点液态金属为导电功能组分，设计和制备超高导电率和较大可逆形变的柔性驱动器件，其制备方法包括如下步骤：(1)将液晶单体、链增长剂、交联剂、催化剂和光引发剂加入到溶剂中，混合均匀之后加入自制的模具中成型，得到不同尺寸的多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管；(2)通过机械编程法得到单畴(取向)液晶交联聚合物网络管驱动器件，采用机械拉伸使得多畴(无取向)液晶交联聚合物网络管沿着拉伸方向取向，紫外光交联固定液晶在液晶交联聚合物网络的取向方式；(3)将制备的低熔点液态金属直接注射到液晶交联聚合物网络管驱动器件中，得到具备超高导电率和较大可逆形变的多功能柔性驱动器件，可应用于热响应智能电子开关。2.按权利要求1所述的多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件，其特征在于，液晶单体为双官能度的可聚合液晶分子。3.按权利要求1所述的多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件，其特征在于，采用机械编程法制备液晶交联聚合物网络管驱动器件。4.按权利要求1所述的多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件，其特征在于，液态金属为熔点在室温以下的金属单质或合金。5.按权利要求1所述的多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件，其特征在于，多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件作为热响应智能电子开关。
技术总结
本发明涉及一种多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件及其制备方法，制备原料包含液晶单体、链增长剂、交联剂、催化剂、光引发剂和液态金属，制备方法包括溶剂成型和机械编程。所制备的多功能液态金属/液晶交联聚合物网络柔性驱动器件具备超高导电率3.4
技术研发人员：余黎
受保护的技术使用者：湖北大学
技术研发日：2020.05.20
技术公布日：2021/11/25
再多了解一些
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