[发明专利]液晶弹性体驱动元件及其制备方法，以及液晶弹性体的应用

说明书

本发明涉及一种液晶弹性体驱动元件，包括液晶弹性体，其能够在液晶转变温度附近发生可逆的形变，液晶弹性体具有交联网络，交联网络包括相互连接的液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链及交联剂。本发明还涉及一种液晶弹性体驱动元件的制备方法，包括：将液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链及交联剂加入溶剂中形成混合物溶液；将混合物溶液进行聚合反应，使液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链及交联剂聚合为交联网络，形成液晶弹性体；对液晶弹性体进行取向处理，得到液晶弹性体驱动元件。本发明还涉及一种液晶弹性体的应用，液晶弹性体用作驱动元件，应用于人工肌肉、盲人显示器、感应器、微流体系统阀门或智能响应界面材料。

技术领域

本发明涉及液晶弹性体驱动元件领域，尤其涉及一种液晶弹性体驱动元件及其制备方法，以及液晶弹性体的应用。

背景技术

液晶弹性体驱动元件是一类既有弹性体的熵弹性又有液晶的有序性的刺激-响应性材料，受到光、热、电等刺激下可以产生可逆的力学响应，在驱动器、感应器、人工肌肉以及光动马达等领域具有广泛的应用前景。但是液晶弹性体驱动元件必须在内部液晶基元具有统一的取向并固定的情况下才能够展现出可逆的力学响应驱动。液晶弹性体在制备完成后，一般需要经过特殊的取向加工后才能具有固定的取向，应用于液晶弹性体驱动元件，而取向加工问题一直是限制液晶弹性体驱动元件发展的瓶颈问题。

目前来看，现有的取向方法均存在诸多问题。目前应用较为广泛的两步交联法步骤繁琐，且对预聚物初步交联的程度需要精确的控制，在拉伸状态下进行第二步交联又会带来较大的内应力，从而影响液晶弹性体驱动元件的使用寿命。

随着对动态共价键的研究逐步深入，动态共价键成为了解决液晶弹性体加工瓶颈的方案之一。通过引入动态共价键到液晶弹性体中，在给予一定的外界刺激的同时，拉伸材料使得网络结构发生变化，内部应力得到快速松弛，从而固定既有取向。但此类方案目前也存在一定问题，譬如引入酯交换体系，会带来热响应重复性不佳的问题，多次高低温循环后取向逐步消失，且液晶弹性体的取向不耐受溶剂，在接触溶剂后取向将会消失。

发明内容

基于此，有必要提供一种耐热及耐溶胀的液晶弹性体驱动元件及其制备方法，以及液晶弹性体的应用。

一种液晶弹性体驱动元件，包括液晶弹性体，所述液晶弹性体能够在液晶转变温度附近发生可逆的形变，所述液晶弹性体具有交联网络，所述交联网络包括相互连接的液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂。

在其中一个实施例中，所述液晶弹性体驱动元件的形状不限，包括片状、管状或柱状。

在其中一个实施例中，所述液晶弹性体驱动元件可逆形变的范围为30-100％。

一种液晶弹性体驱动元件的制备方法，包括：将液晶分子、含烯丙基硫醚基团的分子、柔性链以及交联剂加入溶剂中形成混合物溶液；将所述混合物溶液进行聚合反应，使所述液晶分子、所述含烯丙基硫醚基团的分子、所述柔性链以及所述交联剂聚合形成交联网络，形成液晶弹性体；以及对所述液晶弹性体进行取向处理，得到所述液晶弹性体驱动元件。

在其中一个实施例中，进一步包括将光引发剂加入所述混合物溶液。

在其中一个实施例中，进一步包括将催化剂加入所述混合物溶液。

在其中一个实施例中，所述取向处理包括：对所述液晶弹性体进行形变处理，使所述液晶弹性体具有形变量；以及对具有所述形变量的所述液晶弹性体进行自由基诱发处理，自由基诱发处理为光照处理或加热处理，得到所述液晶弹性体驱动元件。

在其中一个实施例中，所述自由基诱发处理为光照处理，所述光照处理的波长为405nm或365nm，光强为24-36mw/cm²或28-32mw/cm²，光照时间为120-180s。