具有長(zhǎng)共軛介晶基元液晶彈性及其復(fù)合材料的光致形變.pdf

1、近年來,光致形變材料受到了人們廣泛的關(guān)注,其中液晶彈性體既具有高分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性、又具有液晶的各向異性,因此成為光致形變材料的一個(gè)熱點(diǎn)。過去研究者已經(jīng)通過入射光波長(zhǎng)的控制,利用紫外光誘導(dǎo)偶氮苯基團(tuán)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),改變體系中介晶基元的排列方式,通過介晶基元與高分子鏈段的偶合實(shí)現(xiàn)液晶彈性體材料宏觀上的收縮、膨脹甚至彎曲。然而,偶氮苯液晶彈性體的光致形變使用了對(duì)人體有害的紫外光,不利于材料的實(shí)際應(yīng)用。因此,我們開發(fā)出一種對(duì)可見光響應(yīng)的液

2、晶彈性體,利用太陽光中的可見光,實(shí)現(xiàn)液晶彈性體在太陽光下發(fā)生可逆的光致彎曲形變。
　　 在本論文中,我們使用不同于過去的材料,合成了含有偶氮二苯乙炔長(zhǎng)共軛介晶基元的液晶單體和交聯(lián)劑。我們研究了液晶混合物的熱力學(xué)及液晶性質(zhì),發(fā)現(xiàn)液晶單體和交聯(lián)劑的混合物在120℃都呈現(xiàn)向列相織構(gòu)。另外,與過去的偶氮苯體系不同,由于偶氮二苯乙炔的三個(gè)苯環(huán)長(zhǎng)共軛剛性結(jié)構(gòu)的存在,使得材料具有更寬的液晶相溫度范圍。而且三個(gè)苯環(huán)形成的長(zhǎng)共軛結(jié)構(gòu)降低了體系的π

3、-π*躍遷能量,使液晶單體和交聯(lián)劑在紫外-可見吸收光譜中的吸收峰移向能量較低的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū),其最大吸收峰在384nm附近。此外,不僅366nm的紫外光可以誘導(dǎo)偶氮二苯乙炔單元發(fā)生光致順反異構(gòu),而且436nm的短波長(zhǎng)可見光也可誘導(dǎo)偶氮二苯乙炔單元發(fā)生光致異構(gòu)。隨著照射時(shí)間的增加,384nm附近的吸收峰逐漸減弱,直至達(dá)到平衡狀態(tài)。
　　 在上述的研究基礎(chǔ)上,我們通過熱聚合的方法制備了三種不同交聯(lián)度的液晶彈性體薄膜,觀察其DSC曲線,發(fā)現(xiàn)

4、薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在室溫附近。偏光顯微鏡照片表明薄膜中的介晶基元沿著玻璃板的摩擦方向排列,并通過紫外-可見吸收光譜的偏振吸光度計(jì)算我們發(fā)現(xiàn),薄膜中介晶基元排列的有序參數(shù)隨著交聯(lián)度的增加而逐漸升高。在宏觀上,所有薄膜均可在室溫下發(fā)生光致彎曲形變,436nm的短波長(zhǎng)可見光可使薄膜朝向光源方向彎曲,而577nm的可見光照射可使薄膜恢復(fù)到初始的狀態(tài)。薄膜的彎曲速度受到光強(qiáng)及溫度的影響,光強(qiáng)越高,薄膜彎曲速度越快;適當(dāng)?shù)奶岣邷囟纫灿欣谔岣弑∧?/p>

5、的彎曲速度。在測(cè)量薄膜在436nm短波長(zhǎng)可見光照射下所產(chǎn)生的應(yīng)力變化后發(fā)現(xiàn),隨著交聯(lián)度的增加或照射光強(qiáng)的增大,薄膜光致形變所產(chǎn)生的最大應(yīng)力逐漸增大;隨著溫度的增加,薄膜產(chǎn)生的最大應(yīng)力相應(yīng)減少。
　　 由于薄膜中介晶基元的取向起到了纖維增強(qiáng)的作用,從薄膜拉伸實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可看出,所有的液晶彈性體薄膜在平行于介晶基元方向上的彈性模量均大于垂直方向,而且薄膜的彈性模量隨著交聯(lián)度的增加而逐漸增大。此外,我們還通過熱壓鍵合法制備了液

6、晶彈性體與聚乙烯的復(fù)合薄膜,通過復(fù)合薄膜的拉伸實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn),復(fù)合薄膜的機(jī)械強(qiáng)度比液晶彈性體薄膜本身有所提高,在拉伸至10％應(yīng)變后,復(fù)合薄膜仍然表現(xiàn)出良好的光致彎曲形變行為。更為有趣的是,光照射到復(fù)合薄膜的不同表面時(shí),薄膜表現(xiàn)出不同的光致彎曲形變行為:當(dāng)光照射液晶彈性體膜一側(cè)時(shí),復(fù)合薄膜整體朝向光源方向彎曲;當(dāng)光照射聚乙烯膜一側(cè)時(shí),復(fù)合薄膜遠(yuǎn)離光源方向彎曲。
　　 基于本論文的研究,我們利用透鏡和濾波片獲得不同波長(zhǎng)的太陽光,實(shí)現(xiàn)了