一种多重响应性液晶弹性体复合膜及其制备方法和应用

本申请属于液晶弹性体，具体涉及一种多重响应性液晶弹性体复合膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、液晶弹性体兼具液晶和弹性体的性能，能够基于外界的刺激作用而产生可逆性形变，可作为智能材料用于传感、防伪、信息存储等领域中。然而，随着液晶弹性体的应用研究的持续深入，单一响应性液晶弹性体不再满足应用需求，开发具备多重响应性能的液晶弹性体对于满足应用需求很有必要。

2、液晶弹性体具有良好的刺激响应特性，而光照和电刺激是常见的刺激源，若将光驱动和电驱动同时与液晶弹性体结合，制得兼具光驱动和电驱动的液晶弹性体复合膜，将大大提升并拓展液晶弹性体作为驱动器的工作能力和适用场景。

3、目前，光驱动技术已经比较成熟，然而将电驱动引入液晶弹性体中仍存在一定问题，常规的掺杂方法无法保证电路连通或基体强度不受损。尚未见到将兼具光驱动和电驱动的液晶弹性体复合膜的研究。

技术实现思路

1、本申请提供一种兼具光驱动效应和电驱动效应的液晶弹性体复合膜及其制备方法和应用，旨在解决现有液晶弹性体导电性差，难以形成导电通路，无法兼具光驱动效应和电驱动效应的问题。

2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。

3、本申请的第一方面，提供一种多重响应性液晶弹性体复合膜，包括液晶弹性体以及结合在所述液晶弹性体表面的功能介质；

4、所述功能介质包括丙烯酸酯基团功能化导电碳以及复合于所述丙烯酸酯基团功能化导电碳表面的金属银。

5、本申请的第二方面，提供一种多重响应性液晶弹性体复合膜的制备方法，包括：

6、通过含羟基的导电碳材料制备丙烯酸酯基团功能化导电碳，在所述丙烯酸酯基团功能化导电碳表面沉积金属银，得到功能介质；

7、将功能介质、聚偏二氟乙烯分散在n-甲基-2-吡咯烷酮形成前驱液，并将前驱液浇筑在液晶弹性体表面，经蒸发和紫外光固化，得到多重响应性液晶弹性体复合膜。

8、在一些实施例中，所述液晶弹性体通过以下方法制备：

9、丙烯酸酯类液晶单体、乙烯基醚类液晶单体和自修复材料热混后静置，得到第一混合物；

10、将二硫醇、多硫醇、光引发剂和热引发剂溶于四氢呋喃中，得到第二混合物；

11、第一混合物和第二混合物混合后通过点击反应得到低聚物，将低聚物在拉伸状态下进行紫外光自聚反应，得到液晶弹性体。

12、在一些实施例中，所述丙烯酸酯类液晶单体与乙烯基醚类液晶单体的质量比为10:5～10，二硫键功能分子为丙烯酸酯类液晶单体与乙烯基醚类液晶单体总质量的1％～10％；

13、所述二硫醇与四硫醇的质量比为10:1～5，光引发剂的质量为二硫醇与四硫醇总质量的0.1％～2％；所述热引发剂的用量为二硫醇与四硫醇总质量的1％～5％。

14、所述第一混合物和第二混合物的质量比为10:2.4～6.6。

15、在一些实施例中，所述自修复材料的分子结构中包含二硫键分子，二硒键分子，硼酸酯键分子，硼氧六环分子中的任意一种。

16、在一些实施例中，所述丙烯酸酯类液晶单体为1,4-双-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯、2-甲基-1,4-亚苯基双(4-(4-(丙烯酰氧基)丁氧基)苯甲酸酯)、2-甲基-1,4-亚苯基双(4-((6-(丙烯酰氧基)己基)氧基)苯甲酸酯)、2-甲基-1,4-亚苯基双(4-(4-(乙烯基氧基)丁氧基)苯甲酸酯、(4-(((4-(丙烯酰氧基)丁氧基)羰基)氧基)苯甲酸2-甲基-1,4-二苯酚酯中的一种或几种；

17、所述乙烯基醚类液晶单体为2-甲基-1，4-亚苯基双(4-(4-(乙烯氧基)丁氧基)苯甲酸酯)。

18、在一些实施例中，所述二硫醇为双巯基乙酸乙二醇酯、二(巯基乙酸)-1,4-丁二、2,2’-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇或乙二硫醇中的一种或几种；所述多硫醇为季戊四醇四-3-巯基丙酸酯或三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)。

19、在一些实施例中，所述热引发剂为烷氧化物、碱性胺、金属氢化物或胺基锂中的一种；所述光引发剂为安息香双甲醚、1-羟基环已基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛或2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮中的一种或几种。

20、在一些实施例中，所述含羟基的导电碳材料为羟基化碳纳米管或羟基化石墨烯。

21、本申请的第三方面，提供上述多重响应性液晶弹性体复合膜或上述制备方法制备的液晶弹性体复合膜在制备软体机器人以及电子元器件中的应用。

22、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

23、本申请的多重响应性液晶弹性体复合膜具有夹层结构，在液晶弹性体基体的表面结合有功能介质。液晶弹性体升温并通过相变点时，液晶网络会由平行取向转变为各向同性的取向，在宏观上导致液晶弹性体的收缩变形，而功能介质以其优异的光热性能和电热性能将光照或电刺激转换成热量传递给液晶弹性体基体，诱导所述的多重响应性液晶弹性体复合膜发生形变。本申请的多重响应性液晶弹性体复合膜具有优异的刺激响应特性，可实现光诱导收缩、弯曲、解螺旋，以及电热诱导收缩，可作为开关用于电路系统中。

24、本申请的制备方法中，丙烯酸酯类液晶单体和乙烯基醚类液晶单体中的丙烯酸酯基团和乙烯基醚基团与硫醇进行迈克尔加成，使得小分子聚合形成交联密度低的液晶网络聚合物，即低聚物。利用紫外光引发低聚物的液晶网络发生进一步的自聚反应，使得低聚物的交联密度进一步增加，形成力学性能更好，交联密度更高的液晶弹性体基体膜。利用聚偏二氟乙烯的物理黏附作用使功能介质均匀黏附至液晶弹性体基体膜上，通过紫外光照，诱导功能介质中的丙烯酸酯基团与液晶弹性体基体膜中未完全反应的碳材料进一步聚合，增加功能介质层的黏附效果，得到多重响应性液晶弹性体复合膜。

技术特征：

1.一种多重响应性液晶弹性体复合膜，其特征在于，包括液晶弹性体以及结合在所述液晶弹性体表面的功能介质；

2.一种多重响应性液晶弹性体复合膜的制备方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述液晶弹性体通过以下方法制备：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述自修复材料的分子结构中包含二硫键分子，二硒键分子，硼酸酯键分子，硼氧六环分子中的任意一种。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求2所述的多重响应性液晶弹性体复合膜，其特征在于，所述含羟基的导电碳材料为羟基化碳纳米管或羟基化石墨烯。

10.权利要求1所述的多重响应性液晶弹性体复合膜或权利要求2-9任一项所述的制备方法制备的液晶弹性体复合膜在制备软体机器人以及电子元器件中的应用。

技术总结
本申请属于液晶弹性体技术领域，公开了一种多重响应性液晶弹性体复合膜及其制备方法和应用。多重响应性液晶弹性体复合膜包括液晶弹性体以及结合在液晶弹性体表面的功能介质；所述功能介质包括丙烯酸酯基团功能化导电碳以及复合于所述丙烯酸酯基团功能化导电碳表面的金属银。本申请的多重响应性液晶弹性体复合膜，液晶弹性体升温并通过相变点时，液晶网络会由平行取向转变为各向同性的取向，在宏观上导致液晶弹性体的收缩变形；而功能介质以其优异的光热性能和电热性能将热量传递给液晶弹性体基体，诱导复合膜发生形变，使其具有优异的刺激响应特性。

技术研发人员：杨槐,张朔宁,胡威,孙畅,张建英,秦晟煜,刘家乐,任云霄
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1