一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构及制备方法

本发明涉及液晶弹性体驱动，更具体的说是一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构及制备方法。

背景技术：

1、液晶弹性体(lce)是一种既具有液晶的取向有序性又具有传统弹性体熵弹性的高分子材料，其最大的特点是在外界刺激下实现可逆形变，具有良好的双向形状记忆特性，从而使得液晶弹性体在传感器、人工肌肉、软体机器人等方面具有广泛的应用前景。

2、聚乳酸(pla)作为一种形状记忆聚合物，在受到适当的刺激，如温度、磁场时，能够从一种编程的临时形状恢复其永久形状。其具有应变回复率高、密度低、成本低、形状编程容易、回复温度易控制和力学性能高等优点，在软体机器人等领域应用前景广阔。

3、然而，传统的液晶弹性体仅能通过加热实现变形，力学性能差、需要恒定的温度来保持其变形的形状。而聚乳酸变形需借助外力进行编程，且无法实现可逆变形。上述两种单一驱动材料难以实现快速、可逆、可调的变形，限制了其在软体机器人驱动器中的应用。

技术实现思路

1、本发明提供一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构及制备方法，目的是有效解决液晶弹性体刺激响应单一、力学性能差以及聚乳酸无法实现可逆形变的问题。

2、上述目的通过以下技术方案来实现：

3、一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构的制备方法，包含以下步骤：

4、s1、液晶单体1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯与扩链剂按照摩尔比1.1:1～1.2:1的比例加入到避光试剂瓶中，加入1.5wt％-2wt％的光引发剂和多壁碳纳米管，使避光试剂瓶运动以将内部溶液混合均匀，获得前驱体墨水溶液，将前驱体墨水溶液转移到打印针筒中，进行迈克尔加成反应，制成碳纳米管液晶弹性体墨水；

5、s2、采用二氯甲烷做溶解剂，聚乳酸粉末作为基体，聚己内酯粉末作为改性材料，按比例称取聚乳酸粉末与聚己内酯粉末，其中聚乳酸粉末的重量百分比为85-95wt％，聚己内酯粉末的重量百分比为5-15wt％，称取的粉末均匀混合获得粉料，与溶解剂按照质量比为1:3～1:5的比例均匀混合，待固态粉末全部溶解并混合均匀后，得到具有粘度的聚乳酸墨水；

6、s3、以碳纳米管液晶弹性体墨水和聚乳酸墨水为原材料，使用原材料采用直写打印的方式获得复合材料驱动结构；

7、s4、用紫外光照射，得到聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构。

8、所述扩链剂为正丁胺。

9、所述光引发剂为2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮。

10、s3中，直写打印前的三维建模过程包括：构建聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构的三维模型并导出stl文件，同时利用切片软件进行打印速率编程设计并进行切片，从而得到直写打印设备所需的g代码文件，打印设备通过代码文件在45-65℃下打印出复合材料驱动结构。

11、s4中紫外光照射的能量密度为30～50mwcm-2，照射时间为10-30min。

12、所述s1中将棕色试剂瓶置于磁力搅拌器中并使用油浴加热90-120℃搅拌成均匀溶液，将磁力搅拌器上形成均匀溶液的前驱体墨水溶液转移到打印针筒中，放入80-100℃真空烘箱8-14h继续进行迈克尔加成反应，制成碳纳米管液晶弹性体墨水。

13、s2中：称取的粉末采用转速为80-120r/min的行星式球磨机球磨6-12h使其均匀混合，球磨后的粉料与溶解剂按照质量比为1:3～1:5的比例均匀混合，球磨后的粉料与溶解剂采用磁力搅拌器在常温下搅拌3-6h实现均匀混合。

14、一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构，包括上下两层碳纳米管液晶弹性体，以及位于两层碳纳米管液晶弹性体之间的聚乳酸，上下两层碳纳米管液晶弹性体之间固接，其中，碳纳米管液晶弹性体包括多壁碳纳米管和液晶弹性体材料复合而成。

15、位于上层的碳纳米管液晶弹性体具有凹槽，且凹槽朝下；位于下层的碳纳米管液晶弹性体的凹槽朝上，聚乳酸间隙配合在底层的碳纳米管液晶弹性体上，顶层的碳纳米管液晶弹性体固接且扣装在下层的碳纳米管液晶弹性体。

16、本发明一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构制备方法的有益效果为：

17、通过将液晶弹性体与聚乳酸复合，可利用液晶弹性体和聚乳酸随时间变化时不同的力学性能，来控制复合材料的整体形状变化，即在不同的冷却速率下，复合材料可变形成不同的结构形状，从而实现快速、可逆、可调的形状变化，同时在驱动状态下保持良好的力学性能。

18、本发明一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构的有益效果为：

19、本发明所述的聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构,具有多重响应功能。聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构既可以在温度刺激作用下，达到相变温度，实现材料的变形，也可以在近红外光照射下，将光能转换为热能，进而触发聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体复合材料产生机械响应变形。该驱动结构不仅可以实现快速、可逆、可调的形状变化，同时在变形状态下保持良好的力学性能。

技术特征：

1.一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，所述扩链剂为正丁胺。

3.根据权利要求1所述的制备方法，所述光引发剂为2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮。

4.根据权利要求1所述的制备方法，s3中，直写打印前的三维建模过程包括：构建聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构的三维模型并导出stl文件，同时利用切片软件进行打印速率编程设计并进行切片，从而得到直写打印设备所需的g代码文件，打印设备通过代码文件在45-65℃下打印出复合材料驱动结构。

5.根据权利要求4所述的制备方法，s4中紫外光照射的能量密度为30～50mwcm-2，照射时间为10-30min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，所述s1中将棕色试剂瓶置于磁力搅拌器中并使用油浴加热90-120℃搅拌成均匀溶液，将磁力搅拌器上形成均匀溶液的前驱体墨水溶液转移到打印针筒中，放入80-100℃真空烘箱8-14h继续进行迈克尔加成反应，制成碳纳米管液晶弹性体墨水。

7.根据权利要求1所述的制备方法，s2中：称取的粉末采用转速为80-120r/min的行星式球磨机球磨6-12h使其均匀混合，球磨后的粉料与溶解剂按照质量比为1:3～1:5的比例均匀混合，球磨后的粉料与溶解剂采用磁力搅拌器在常温下搅拌3-6h实现均匀混合。

8.一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构，其特征在于，包括上下两层碳纳米管液晶弹性体(1)，以及位于两层碳纳米管液晶弹性体(1)之间的聚乳酸(2)，上下两层碳纳米管液晶弹性体(1)之间固接，其中，碳纳米管液晶弹性体(1)包括多壁碳纳米管和液晶弹性体材料复合而成。

9.根据权利要求8所述的聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构，其特征在于，位于上层的碳纳米管液晶弹性体(1)具有凹槽，且凹槽朝下；位于下层的碳纳米管液晶弹性体(1)的凹槽朝上，聚乳酸(2)间隙配合在底层的碳纳米管液晶弹性体(1)上，顶层的碳纳米管液晶弹性体(1)固接且扣装在下层的碳纳米管液晶弹性体(1)。

技术总结
本发明涉及液晶弹性体驱动技术领域，更具体的说是一种聚乳酸/碳纳米管液晶弹性体光响应驱动结构及制备方法。其中，驱动结构包括上层碳纳米管液晶弹性体、中间层聚乳酸、下层碳纳米管液晶弹性体，所述碳纳米管液晶弹性体由多壁碳纳米管和液晶弹性体材料复合而成。制备时将液晶单体、交联剂正丁胺、光引发剂及多壁碳纳米管混合及搅拌、真空烘干，得到碳纳米管液晶弹性体直写打印墨水；再将聚乳酸粉末、聚己内酯粉均匀混合、搅拌，得到聚乳酸直写打印墨水；最后墨水直写打印并紫外光照射，实现光响应驱动结构光交联成形。该驱动结构不仅可以实现快速、可逆、可调的形状变化，同时在变形状态下保持良好的力学性能。

技术研发人员：邓大祥,江宇杰,陈如香,王惠民,陈龙吟,顾鑫
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15