間隔基長度對(duì)于含有偶氮苯的交聯(lián)液晶高分子薄膜光致彎曲行為的影響.pdf

1、交聯(lián)液晶高分子近十幾年來成為了研究的熱點(diǎn)。輕度液晶交聯(lián)高分子，又叫液晶彈性體，既具有聚合物網(wǎng)絡(luò)的橡膠彈性，又具有液晶分子的各向異性；重度交聯(lián)的液晶高分子則由于其交聯(lián)度較高，介晶基元的有序排列被較好地固定下來，彈性模量也較高。近年來，人們比較感興趣的是交聯(lián)的液晶高分子在外界刺激(熱、光、電等)的作用下由于介晶基元有序度的變化所引起的機(jī)械形變(伸縮、彎曲、扭曲等)。其中，含有偶氮苯的交聯(lián)液晶高分子薄膜所發(fā)生的光致形變成為最新的研究熱點(diǎn)，然而

2、該類材料的形變大都由于材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高而需要加熱設(shè)備的輔助才能實(shí)現(xiàn)，這樣不利于儀器的小型化以及其在微機(jī)械電系統(tǒng)中的應(yīng)用。 本論文中合成了含有偶氮苯基團(tuán)且間隔基較長(亞壬基、亞十一基和亞十二基)的丙烯酸酯類單體和交聯(lián)劑，并以此制備了不同交聯(lián)度的液晶高分子薄膜，通過掃描示差量熱法(DSC)，偏光顯微鏡(POM)、熱機(jī)械分析儀(TMA)、x射線衍射(XRD)、紫外可見吸收光譜(UV-Vis)等手段，對(duì)其熱力學(xué)性質(zhì)、液晶性、光致

3、彎曲現(xiàn)象以及光致應(yīng)力變化等方面進(jìn)行了研究。 我們首先對(duì)間隔基為亞十一基的薄膜進(jìn)行了詳細(xì)的研究，得到如下的主要研究結(jié)果： (1)通過DSC的表征，我們發(fā)現(xiàn)所有薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均在室溫附近，較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度使得這些薄膜能夠在室溫下發(fā)生紫外光致彎曲，并在可見光照下恢復(fù)原狀。這種光致彎曲是由于薄膜表面在光化學(xué)相轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生形變引起的。 (2)薄膜彎曲的速度與從紫外可見吸收光譜計(jì)算得到的介晶基元有序參數(shù)相對(duì)應(yīng)，即

4、介晶基元有序參數(shù)越大的薄膜彎曲越快，這是由于光化學(xué)相變前后存在較大的有序參數(shù)差異，單位時(shí)間內(nèi)能夠產(chǎn)生更大的形變量，因此可以更好的推動(dòng)薄膜彎鹽行為的發(fā)生。除此之外，薄膜的彎曲速度還受到了光強(qiáng)和溫度的影響，提高光強(qiáng)可以增加單位時(shí)間內(nèi)偶氮苯異構(gòu)的數(shù)量，從而加快彎曲形變；而適當(dāng)提高溫度也能促使鏈段運(yùn)動(dòng)，提高彎曲速度。 (3)我們發(fā)現(xiàn)不同交聯(lián)度的薄膜具有不同的形變方式。其中，交聯(lián)度為10％的薄膜(11f9010)在90℃以下時(shí)會(huì)先遠(yuǎn)離光源

5、然后朝向光源方向彎曲，在90℃以上時(shí)則會(huì)直接朝著光源方向彎曲。這是因?yàn)闇囟鹊陀?0℃時(shí)，由近晶相向向列相的轉(zhuǎn)變使得薄膜表面伸長，而緊接著的向列相到各向同性的轉(zhuǎn)變過程中薄膜表面會(huì)發(fā)生收縮。而溫度高于90℃時(shí)，薄膜表面處于向列相，紫外光照使得薄膜表面通過光化學(xué)相轉(zhuǎn)變變?yōu)楦飨蛲韵?，表面發(fā)生收縮； (4)交聯(lián)度較高(≥20％)的薄膜在所有溫度下均朝向光源方向彎曲，這是由于從近晶相到向列相的相變過程中薄膜形變不明顯，只能觀察到從向列相到

6、各向同性相的光化學(xué)相轉(zhuǎn)變過程中表面收縮而引起的薄膜朝向光源方向的彎曲行為。 (5)我們還利用熱機(jī)械分析儀測(cè)定了各個(gè)薄膜在紫外光照下發(fā)生的應(yīng)力變化，發(fā)現(xiàn)薄膜11f9010的應(yīng)力變化與光致彎曲行為的觀察結(jié)果相吻合。另外，薄膜的光致應(yīng)力變化隨著交聯(lián)度的提高而增大，交聯(lián)度為100％的薄膜(11f0100)的應(yīng)力變化高達(dá)800 kPa，遠(yuǎn)高于人類肌肉的收縮力(300 kPa)，這是應(yīng)變變化不大而彈性模量隨著交聯(lián)度升高的結(jié)果。 此外，為了與

7、間隔基是亞十一基的薄膜相比較，我們還制備了間隔基為亞壬基和亞十二基的薄膜。我們發(fā)現(xiàn)間隔基為亞十二基，交聯(lián)度為10％的薄膜(121901.0)與11f9010有著類似的光致彎曲行為。而間隔基較短的(919010)和交聯(lián)度較高(12f8020和918020)的薄膜則只發(fā)生朝向光源的光致彎曲行為，這是因?yàn)檩^短的間隔基和較高的交聯(lián)度都能使薄膜的近晶相中更好地保持了類似向列相的扁長主鏈構(gòu)象，因此這些薄膜在由近晶相到向列相的轉(zhuǎn)變過程中不發(fā)生明顯的形