[发明专利]一种光驱动复合材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202111491077.X 申请日: 2021-12-08
公开(公告)号: CN114133609B 公开(公告)日: 2022-10-04
发明(设计)人: 鲍晓军;李泽楷;于海峰 申请(专利权)人: 福州大学
主分类号: C08J7/04 分类号: C08J7/04;C08J7/00;C08F220/36;C08F220/28;C08L79/08
代理公司: 福州元创专利商标代理有限公司 35100 代理人: 俞舟舟;蔡学俊
地址: 350108 福建省福州市*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 一种 驱动 复合材料 及其 制备 方法
【说明书】:

发明提供了一种光驱动复合材料及其制备方法,属于智能材料与技术领域。本发明由无需进一步处理的工业生产柔性高分子薄膜作为基底,在表面涂布具有光响应性的高分子层,从而得到具有光致形变能力的双层复合薄膜。这类双层薄膜在溶液内,施加一定波长光照,会产生光驱动现象,并通过调控光照的强度与位置可以控制运动的速度和方向。本发明提供的溶液中运动器件制作方法适用于大规模制备,在溶液中运动等方面有潜在的应用。

技术领域

本发明涉及一种双层结构的复合薄膜材料,该复合薄膜材料通过光驱动可在液体中可控运动,属于智能材料技术与相关器件领域。

背景技术

在液体内(如水中)可控输送领域,传统的机械装置由于体积、重量等问题难以搭载于小型运输器上,使得传统机械装置在小尺度、精确输送领域的应用受到限制。为解决机械装置存在的问题,水凝胶、压电复合材料驱动器、电磁驱动器和水液压软驱动器被广泛研究。但这一类驱动器所用材料的设计制备难度大,驱动条件苛刻且对器件运动的速率、方向等难以调控,无法满足精确输送的要求。

光作为一种清洁能源,将光能转化为机械能一直是光驱动研究的热点,这主要是因为光驱动器件拥有可远程、非接触、精确控制的优点。在制备刺激响应软驱动器件时,常采用多种材料的复合体系。将具有响应刺激的组分和具有良好机械性能的组分结合能得到性能优秀的软物质驱动器。与传统的水凝胶复杂的体系设计和单一的适用环境相比,通过采用复合双层膜制备的光驱动器具有制备极为简便,机械性能良好,响应刺激速度快等优点。

发明内容

本发明提供了一种在液体内可光驱动的复合薄膜材料及其制备方法,这种复合薄膜材料的优点在于可以通过光照实现精确的运动控制,包括运动的速度、方向,并且不会产生明显的热效应,适用范围广。

本发明提供的光驱动复合薄膜材料,该材料是由柔性基板和光响应层组成的双层薄膜。光响应层是含有动态共价键的液晶交联网络,该交联网络首先通过偶氮苯单体与呋喃单体共聚后采用双马来酰亚胺进行一步交联,相比于传统的液晶交联网络具有更加快速和便利的制备过程。该体系利用了呋喃基团和双马来酰亚胺基团在室温下进行的Diels-Alder反应和在高温下的逆Diels-Alder反应,即在室温环境下呋喃基团与双马来酰亚胺基团会生成Diels-Alder共价键,而高温条件下Diels-Alder共价键会断裂成呋喃基团和双马来酰亚胺基团,这种动态共价键赋予了该交联网络可重复加工的特性,即在高温下对系统进行加工和编程并在低温下“锁定”这种设定,这在传统的液晶交联网络中是无法达到的。此外,该体系相比于传统的液晶聚合物或者液晶弹性体体系,具有更高的交联密度和更广泛的使用环境,即交联过后的系统在多次的反复使用中依然能够保持良好的性能且不溶于常见的有机溶剂。所选择的光响应层在光照下发生可逆的模量和体积的变化,从而将双层膜界面中储存的应力释放出来,继而发生可逆的形变。当把薄膜放置于溶液内时,由于光照产生的自由体积的变化,该复合薄膜材料会从液体底部运动到溶液顶部,且可通过改变薄膜形状和光照的位置使其浮力的大小得以改变,进而控制光驱动复合薄膜的运动方向和运动速度;同时本发明复合薄膜还可以通过在高温下重新进行编程和回收,具有良好的抗疲劳性和可重复使用性。

本发明光驱动复合薄膜材料的制备方法,包括如下步骤:

1)配置含有动态共价键的交联网络光响应材料的溶液;

2)以柔性高分子膜作为基底,将上述溶液涂布于基底上,静置待溶液挥发;

3)将复合薄膜热退火,使光响应层形成均匀薄膜,得到所述光驱动复合材料。

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