[发明专利]基于液晶弹性体的柔性光纤及其制备方法和致动应用装置

说明书

本发明公开了一种基于液晶弹性体的柔性光纤及其制备方法和致动应用装置。所述基于液晶弹性体的柔性光纤包括液晶弹性体纤芯和透明弹性体包层；所述液晶弹性体纤芯中包括液晶弹性体和光响应材料。所述制备方法将液晶弹性体的前驱体和透明弹性体的前驱体分别注入到共轴双料筒的内料筒和外料筒中，通过挤塑法或3D打印法挤出或打印出具有芯包结构的柱状体，并固化得到柔性光纤。致动应用装置包括光源、石英光纤和基于液晶弹性体的柔性光纤。本发明基于液晶弹性体的柔性光纤可构建实现全光纤化的光致驱动器件，集光致动与光传输功能于一体，有效地减小了传统致动装置的体积，进一步实现实时、原位、远程、精准的致动，提升光致驱动器件的实用性。

技术领域

本发明属于柔性光纤技术领域，具体涉及一种基于液晶弹性体的柔性光纤及其制备方法和致动应用装置。

背景技术

柔性致动器具有优异的可折叠、可穿戴和交互舒适性等性能，在软机器人、生理监测、生物电子学、体内探测和智能服装等领域有重要应用，尤其在生物医疗中使用柔性设备进行手术将极大地减缓患者的痛苦。柔性致动器对外界刺激产生响应并进行相应运动，一般由智能响应柔性材料制备得到，其中，光驱动柔性致动器具有响应速度快、固有的电气安全性和抗电磁干扰能力强等显著优点而备受青睐。液晶弹性体作为最常用的光响应柔性材料，因具有对环境要求不高、生物相容性好、驱动应变大等优势而显示出良好的应用前景，被广泛应用于光驱动柔性致动器的制备中。

目前已有的光驱动柔性致动器绝大多数由空间光驱动，尽管这种驱动方式的成本较低，但是由于光线只能沿直线传播，因此在易受遮挡的情况下此类柔性致动器的使用会受到限制，且对环境要求高，否则光强容易因环境介质的散射和吸收严重损耗。使用光波导驱动将有效解决空间光驱动所存在的关键问题，能够实现远程操控，避免能量损失(如已有发明专利202110870445.5)。

然而，如今现有的光波导致动器的研究发展不成熟、运动范围有限、运动模式单一，难以满足实际使用的需要。因此，开发具有多种运动模式、运动范围大的光波导致动器具有重要的科学价值和应用价值。液晶弹性体材料的器件化和光纤结构的引入使得光驱动柔性致动器的实际应用潜力巨大。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于液晶弹性体的柔性光纤(LCEOF)及其制备方法和致动应用装置，用于克服空间光驱动受环境的限制，便于应用在软机器人、体内探测、辅助作业等领域。本发明的基于液晶弹性体的柔性光纤包括光致驱动的液晶弹性体纤芯和柔性包层，柔性包层选用透明弹性体。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于液晶弹性体的柔性光纤，包括液晶弹性体纤芯和透明弹性体包层；所述液晶弹性体纤芯中包括液晶弹性体和光响应材料。

优选的，所述透明弹性体包括PDMS、Ecoflex系列材料、聚氨酯弹性体、水凝胶、液晶弹性体中的一种；

优选的，所述液晶弹性体由液晶单体和扩链剂制备得到；

进一步优选的，所述液晶单体为丙烯酸酯类液晶单体；

更优选的，所述丙烯酸酯类液晶单体为1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯、4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸-2-甲基-1,4-苯酯中的至少一种；

优选的，所述光响应材料为铋(Ⅲ)化合物、碳纳米材料、分子马达、聚多巴胺、有机染料、偶氮苯材料中的至少一种。

优选的，所述液晶弹性体纤芯的折射率大于透明弹性体包层的折射率；所述液晶弹性体纤芯与透明弹性体包层的长度相同；

优选的，所述液晶弹性体纤芯的直径为130-1000微米；所述透明弹性体包层的厚度为50-500微米

上述基于液晶弹性体的柔性光纤的制备方法，包括以下步骤：