[发明专利]基于烯丙基硒醚动态共价键的液晶弹性体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于烯丙基硒醚动态共价键的液晶弹性体的制备方法，包括：S1.使双官能团封端的液晶单体、二硫醇在催化剂的作用下发生迈克尔加成反应，得到液晶预聚物；S2.在催化剂的作用下，使液晶预聚物与双官能团封端的烯丙基硒醚、二异氰酸酯发生交联反应，得到基于烯丙基硒醚动态共价键的液晶弹性体。与其他光引发剂参与的制备方式相比，本发明的制备方法在制备过程中不会破坏光响应动态共价键的结构。与其他光响应动态共价键相比，本发明制备的基于烯丙基硒醚动态共价键的液晶弹性体，可在辐照下自发进行动态交换而不需要光引发剂，具有可持续的动态性能。此外，其仅需要单一光源例如405nm可见光即可实现网络重组，且对热等多种刺激稳定。

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种基于烯丙基硒醚动态共价键的液晶弹性体及其制备方法与应用。

背景技术

液晶弹性体(LCEs)是液晶和聚合物网络的组合，它结合了聚合弹性体(熵弹性)和液晶(自组织)的特性，当受到各种刺激时，它表现出强大且可逆的驱动能力。LCEs将其局部分子的刺激响应变化与宏观形状变化相耦合，当加热至它们的向列相-各向同性转变温度(T_NI)以上时，液晶弹性体沿指向矢排列方向收缩，沿正交方向膨胀，当温度降至T_NI以下时，这一过程发生逆转，通常伴随着形状变化或其他性质的变化例如透明度或刚度。由于LCEs这些特性，使其在软机器人、可展开器件、人造肌肉等领域具有潜在的应用。迄今为止，具有程序化指向矢排列的液晶弹性体已经通过机械拉伸和交联、施加磁场或薄膜的控制表面的两阶段过程产生。在最近的十年中，动态共价键被引入到LCEs中，可在一定刺激条件下进行交换反应，以方便编程在弹性体中的液晶取向。具有动态共价键的LCEs除了具有液晶取向的可编程性外，还具有良好的可循环性、形状重构能力和自修复能力。对于热致液晶而言，与热响应动态共价键的结合，对材料的结构设计要求则比较高。例如，已有报道在LCEs中接入可交换动态共价键例如酯交换的策略，但需要加热到T_NI以上来诱导显著的酯交换。因此，这种策略限制了对液晶弹性体进行精确编程和重新编程的能力，因为它们必须在各向同性状态下进行处理。同样重要的是要确保在正常使用过程中不会发生动态交换。而与光响应动态键结合，则只需满足动态键在环境光照下稳定即可。

目前已有不少工作将光响应动态共价键例如二硫键动态共价键、烯丙基硫醚动态共价键应用于液晶材料，基于不同动态共价键的动态特性，使其均具有独特的应用方向，然而也具有局限性。目前在液晶材料领域应用的动态共价键键主要有以下几种：

1.[2+2]光二聚反应：该二聚反应在320nm紫外光辐照下进行，并可在254nm紫外光辐照下进行解聚反应，从而实现液晶弹性体的液晶取向或形状重构(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,14202-14206)。这种光加成反应条件苛刻，且需要先解离再加成，过程较为繁琐。当然，其他光二聚反应如蒽和香豆素的二聚反应也可以与LCEs结合。

2.二硫键复分解反应：二硫键不仅在紫外光照射下可以发生交换反应，在高温下也可以发生交换反应，从而能够简单高效地实现液晶弹性体的网络重组(ACSAppl.Mater.Interfaces 2020,12,35464-35474)。然而正因为二硫醚具有多响应性，其对极性和pH不稳定，对材料结构有要求。

3.烯丙基硫醚的可逆加成-断裂链转移反应：烯丙基硫醚能够在光引发剂作用下在辐照下进行可逆加成-断裂链转移反应，然而受限于光引发剂的含量(Adv.Mater.2020,32,1905682)。

因此选择一个合适的光响应动态共价键来弥补这些局限性是很有必要的，从而实现液晶弹性体的编程条件变得更加简单高效、具有可控性和可持续性。

发明内容