化学系提出制备易加工的液晶弹性体智能材料新方法

2014.03.06
    • 供稿化学系
    • 创意映像设计组
    • 文字张铮
    • 采访宋阳忆
    • 图片孙妍彦
    • 编审赵鑫、尹霞、吴琼
    • 设计张颖、王寅


  2013年12月3日,清华大学化学系与英国剑桥大学卡文迪许实验室合作在国际著名期刊《自然材料》上在线发表了题为“通过可交换共价键实现可塑的液晶弹性体驱动器”的研究论文,介绍了利用可逆酯交换反应成功制备可塑形的、可重复加工的液晶弹性体材料。论文的作者为清华大学化学系2012级博士生裴志强(第一作者)、2012级硕士生杨洋(共同第一作者)、2013级博士生陈巧梅、危岩教授、吉岩副研究员及英国剑桥大学Eugene M. Terentjev教授。

 

  液晶弹性体材料在热、光、电、磁等外界刺激下可发生形状的自发改变,作为致动器及感应器在人工肌肉、柔性机器人、盲人显示器等诸多领域的应用前景十分广阔。这种形状的改变是基于高分子内部的液晶有序性,通过光、热、磁等方式改变这种有序性将产生可逆的宏观形状变化。为了使液晶弹性体发生实际意义的形状改变,必须将液晶基元进行取向。取向后的液晶弹性体称为单畴液晶弹性体。传统制备单畴液晶弹性体的两步交联法和外场法,或工艺复杂并成功率低,或仅适用于微米级样品。正因如此,长久以来,液晶弹性体这种材料在现实生活中难以应用。

 

  这篇论文提出利用可逆酯交换交联网络替代永久交联网络的思路,制备了具有优异形状记忆性和可加工性的多畴液晶弹性体材料。在此基础上,只需用简单模具在高温下对材料进行拉伸使液晶基元取向,再冷却到常温即可得到单畴的液晶弹性体。所制备的单畴液晶弹性体不仅液晶取向度高,力学性能优异,而且可塑造出不同的形状结构。而在过去,除了平面的薄膜样品,液晶弹性体很难具有其它的形状。本研究中制备单畴液晶弹性体的简易方法是液晶弹性体实际应用的重大突破,为液晶弹性体作为驱动器和感应器的实际应用开辟了道路。

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