[发明专利]紫外光驱动分子晶体-聚合物复合薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种紫外光驱动分子晶体‑聚合物复合薄膜材料及其制备方法。所述复合薄膜材料包括：聚合物薄膜，以及分布于所述薄膜内的有机染料分子纳米晶体，所述有机染料分子选自能够在设定波长的光线(例如紫外光)照射下发生可逆分子异构化反应的有机染料分子。优选的，所述有机染料分子纳米晶体以紧密排列的方式组成阵列结构。所述复合材料的制备方法包括：将有机染料分子纳米晶体与聚合物在溶剂中均匀混合后铺展于基板上，静置使有机染料分子纳米晶体自组装，并使溶剂挥发，从而获得所述复合薄膜材料。本发明的复合薄膜材料具有大尺寸，大形变，柔性好，光响应速度快，制备简易、成本较低、理化性质稳定、形变方向不受光照方向影响等特点。

技术领域

本发明涉及一种实现光能-机械能直接转化的材料，特别涉及一种紫外光驱动分子晶体-聚合物复合薄膜材料及其制备方法。

背景技术

目前，能够将紫外光能量转化为机械能，或者说对紫外光能产生形变响应的材料，主要有有机染料分子晶体和含偶氮苯高分子液晶。原理是利用紫外光光子能量高的特点，能够引发某些光活性基团的可逆化学反应。

含偶氮苯高分子液晶，其液晶基元为含偶氮基团的长棒状分子，常温下呈向列相排列。在紫外光照射下，薄膜材料表面的部分液晶分子发生反式-顺式异构化反应，温度降低到室温以下，液晶表面层发生向列相-各向同性相转变，沿着液晶长轴方向收缩，薄膜材料产生朝向光源的弯曲。停止紫外光照射，改用可见光照射或加热，可以使上述过程逆向进行，偶氮苯基团和薄膜形状都恢复初始形态。

有机染料分子晶体，主要包括二芳基烯衍生物和蒽衍生物等的单晶或共晶。在长波紫外光(>260nm)照射下，有机染料分子发生关环反应。分子形状的变化导致分子晶体的晶格变形，晶体被照射一面的分子间距发生较大的变化，因此造成晶体弯曲。改用较短波长的紫外光(<260nm)照射，有机染料分子发生开环反应，有机染料分子和分子晶体都恢复初始形态。也有一些有机染料分子在365nm紫外光照射下发生形变，在可见光照射或加热条件下恢复，也可以得到相应的分子晶体材料。

这两类材料中，偶氮苯高分子液晶薄膜具有柔性、响应性变大、能量转化率高、可以实现偏振选择性的优点，但设计和合成较困难、形变速度较慢、形变精确度低、表面理化特性随光照而改变；分子晶体具有形变速度快、精度高的特点，但其形变量小、形变量与尺寸存在矛盾(想要形变量大，则晶体尺寸必须小)、易碎、抗疲劳性差、所用的260nm以下的紫外光源价格昂贵、功率低、空气中衰减快。此外这两种材料还具有以下缺点：弯曲方向都受到光源方向的影响，在某些应用需求下会产生设计上的不便；光活性基团暴露在材料表面，易变质失效。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种紫外光驱动分子晶体-聚合物复合薄膜材料及其制备方法。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

在一些实施例中提供了一种紫外光驱动分子晶体-聚合物复合薄膜材料，其包括：

聚合物薄膜，

以及，分布于所述薄膜内的有机染料分子纳米晶体，其中的有机染料分子选自能够在设定波长的光线照射下发生可逆分子异构化反应的有机染料分子。

较为优选的，所述有机染料分子选自能够在紫外光照射下发生可逆分子异构化反应的有机染料分子。

例如，所述有机染料分子包括N-α-萘基-2-羟基-1-萘醛亚胺、偶氮类、二芳基烯类、蒽衍生物类、希夫碱类、螺吡喃类或俘精酸酐类分子，但不限于此。

尤其优选的，所述有机染料分子采用N-α-萘基-2-羟基-1-萘醛亚胺(HNNA)。

较为优选的，所述有机染料分子纳米晶体以紧密排列的方式组成阵列结构。

较为优选的，所述有机染料分子纳米晶体集中分布于所述薄膜内的选定区域中。