光致形变液晶高分子材料探究进展.doc

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1、光致形变液晶高分子材料探究进展摘要光致形变液晶高分子材料是指吸收光能后，分子间或分子内发生物理变化或化学变化的一类智能材料。因为光具有环保性、远程可控性、瞬时性等特点，所以光致形变液晶高分子材料受到了越来越多研究者的关注，成为了研究的一个热点。光致形变液晶高分子材料的伸缩、弯曲、爬行、转动等复杂的三维运动可以通过合理的设计来实现。本文综述了近年来光致形变液晶高分子材料的研究进展及其应用。关键词材料；液晶高分子；光致形变高分子材料中图分类号TG1文献标识码A文章编号1674—6708(2012)76—0157—02材料是人类文明的标志，是社会生存和发展的基础，人类支配和改造自然能力的提高

2、都是通过新型材料的发现和利用来实现的。科学家们预言“21世纪将是智能材料的新时代”。所谓的智能材料指的是能够根据周边环境的变化而做出不同响应的一种新型材料。这其中材料对光、热、电、磁以及溶剂等不同介质所做出的响应。根据智能材料所使用的材质的不同，我们可以将其大致归为三类：金属类智能材料、无机非金属类智能材料和智能高分子材料。本文主要针对的是光致形变液晶高分子材料进行一些列研究和探讨，希望能起到抛砖引玉的效果，让更多的同行来共同关注这一领域的发展。所谓的光致形变液晶高分子材料指的是能够吸收特定波长的光，而改变自身形状以及尺寸的一种高分子材料。光致形变液晶材料之所以能够对光进行响应是因为其

3、分子中含有感光官能团。光致形变高分子要满足一定的条件才能发生形变，Lendlein等人认为需要满足下面三个条件[1]：1）感光官能团要以一定的方式引入到高分子材料中；2）当感光官能团与分子发生可逆的光异构化的时候，就能够引起材料在外观上的改变。因为这种变化可以传递给高分子链，高分子链在构象上的变化则表现在外观形状以及尺寸的变化上；3）该体系的维持需要有一定的交联度，只有这样才能稳定材料最初的形体状态。光致形变液晶高分子材料要想有大的形变，需要高分子链在材料中呈有序排列，从而可以产生各向异性的响应，这样产生的形变应力比较大。Ikeda和俞燕蕾等人合成了一系列的液晶弹性体薄膜，他们把偶氮苯

4、官能团引入到该薄膜中从而可以有效地实现液晶弹性体薄膜在方向上所产生的可控光致弯曲的发生。如图1（多畴液晶弹性体的光致形变弯曲图，其中白色箭头的方向即为偏振光的偏振方向）所示，当多畴向列相液晶弹性体薄膜沿着任意方向发生弯曲的时候，弯曲后用570nm波长的可见光照射，薄膜可以恢复到原来的状态，这是因为薄膜的弯曲方向与入射偏振紫外光的偏振方向一致，所以可以通过简单的改变入射光偏振方向，即可简单地精确控制薄膜的对弯曲方向。Lee等人在最近研究出了一种全新的液晶髙分子薄膜，这种薄膜在其主链上含有偶氮苯基团，而且薄膜也可以根据线性偏振光来控制自身所弯曲的方向变化。同时，这种薄膜也是一种非化学交联的

5、体系，所以这就让它能够广泛应用于纤维制成或任意形状的光响应材料。另外，该材料也证明了，光致形变液晶高分子材料不一定需要化学交联。类似纤毛功能的微型执行器是由vanOosten等人通过喷墨打印技术制备出的一种新执行器，这种结构的纤毛可以在有光照的情况下自行运动。如图2(a)所示，当将它放置于水中的时候，它就可以产生变比较强烈的扰动，从而达到促进液体快速交融混合的目的。另外，通过选择不同的构件，可以实现对纤毛运动幅度大小的调控(图2b),最吸引人注意的一个特点是这种构件的制备可以使用不同类型的喷液进行操作，比如喷涂打印，如此，所使用的成本更加低廉，所以，这就也促使了大面积制备响应性的执行器

6、件。在涉及到替代传统的电驱动执行器方面，同样有着非常明显的优势；图2c是该执行器成分的化学结构式。图2(a)当采用不同波长的光驱照射人工纤毛的时候，就会令其产生不规则的运动行为；(b)当采用紫外光进行照射的时候，液晶高分子纤毛在水面所产生的运动行为；(C)为构成执行器的液晶单体化学结构式。结论：由于光的一些优异特点，使得光致形变液晶高分子材料在现实的应用中有着诸多的特点，这些特点使光驱动型执行器不需要使用其他的相关辅助设备，只需要通过改变自身的形状及尺寸就可以将光能直接转化为有用的机械能，所以，它将有望在微机械领域中大放光彩。参考文献[1]JiangH,KelchS,LendleinA

7、,Polymersmoveinresponsetolight,AdvancedMaterials,2006,18(11)：1471—1475.[2]FinkelmannH,NishikawaE,PereiraGG,WarnerM,Anewopto—mechanicaleffectinsolids,PhysicalReviewLetters,2001,87(1)：015501.