偶氮苯液晶弹性体的智能弯曲行为.PDF

偶氮苯液晶弹性体的智能弯曲行为 俞燕蕾,1,* 徐吉翔,1 徐婉娴,1 池田富树2 1 复旦大学材料科学系，上海，200433 ，中国 2 东京工业大学资源化学研究所，横滨，226-8503 ，日本 关键词：智能材料液晶弯曲光响应 智能材料是二十世纪 90 年代迅速发展起来的一类新型复合材料，能够识别 环境刺激（光、电、热、磁等的作用），并通过自身形态、尺寸、颜色或硬度等 的变化作出响应。1 高分子材料具有软物质的最典型的特征，易于对外场作出响 2 应，因此高分子材料在智能形变材料的研究中具有不可替代的作用。 其中，光 驱动的高分子形变材料近年来受到越来越多的关注，因为光能是最清洁的能源且 容易实现快速、远程与精确控制。目前这类材料以高分子凝胶为主。3-5 由于其 形变由溶剂扩散引起，存在着响应速度慢、材料易破损等致命的弱点。此外，高 分子凝胶大多只能产生二维伸缩形变。 高分子液晶弹性体既具有液晶材料的各种优异性能又具有高分子交联网络 的特征，因此具有良好的外场响应性、分子协同作用和弹性。近年来，人们利用 6-8 引起这种大尺寸形变 偶氮苯液晶弹性体获得了形变率达 20 % 的光致收缩。 的驱动力被归结为光化学相转变引起的取向度变化，这是因为棒状的反式偶氮苯 能够稳定液晶的取向，而V 字形的顺式偶氮苯却降低液晶的取向度。9 最近，我 们成功地获得了一种更具魅力的三维形变－光致弯曲。该形变是采用新开发的含 高浓度偶氮苯的液晶弹性体膜来实现的。10-13 由于光吸收主要发生在膜表面，光 化学相转变所引起的表面体积收缩导致了光致弯曲的发生。在这次报道的研究工 作中，我们制备了两种类型的偶氮苯液晶弹性体膜－单取向膜和未取向膜，并且 研究了两种膜在线性偏振光照射下不同的弯曲行为。此外，我们研究了单取向膜 在弯曲过程中产生的机械力。 试验部分 O CH2 O N 图1 表示本研究中所使用的含偶 6 N OC H 2 5 氮苯的液晶单体 （A6AB2 ）和交联剂 O （DA6AB ）的化学结构。单取向和 A6AB2 I 95 N 91 K (cooling) 未取向的液晶弹性体膜都由含 2 O CH2 O N 6 N O CH2 O 6 mol%热引发剂的 A6AB2 和DA6AB O O 的混合物（摩尔比：9/1 ）共聚得到。 DA6AB K 98 I 热聚合在液晶盒中进行，液晶盒涂有 经过磨擦处理或未处理的聚酰亚胺 图1. 液晶单体和交联剂的结构与性质。I: 各相 膜。聚合后打开液晶盒，取出液晶弹 同性相；N: 向列相；K: 晶相。 性体膜。 单取向和未取向液晶弹性体膜的光致形变采用下述方法来研究：首先膜与玻 璃基板部分接触并用热台加热，然后用通过滤光板和偏光板的500 W 高压水银灯 的线性偏振光 （366 nm ）进行照