光致形变液晶高分子（LCP）材料.docx

前言光响应高分子材料中通常含有光敏基团.对光致形变高分子材料来说，的常用的光敏基团是偶氮苯。液晶高分子材料兼具密度小、比强度高、耐疲劳等特点。而且液晶分子具有有序排列的特点，分子之间还有良好的协同作用，当少量分子在外部刺激卜发去排列变化时，其他分子也会发生相应的取向改变，因此改变整个液晶体系所需的能fit很少，这能极大地提高材制响应时的应变,应力和速度.因此，在光响应高分子材料研究中，液晶高分子材料越来越引起人们的里视。通过合理的分子结构和取向设计可以使液晶高分子产生诸如伸缩,弯曲、扭Hk振动等多种形式的光致形变，并用于各类光控柔性执行蹲件的构筑，在人工肌肉、微型机器人、微量液体操控等领域必现出独特的优势和广阚的应用前景。光致形变机理在交联液晶高分子中引入光响应基团，例如偶烈苯后，即可赋予其光致形变性能。偶氮苯可逆的顺反异构化可以引起液晶基元排列的变化，并有效触发液晶高分子发牛.宏观形变，从而将光能直接转化成机械能。（八）儡氯基光异构化示意图*j1.*OVO*Km>M(DHOfIiW)(b)1.CP发生光化学桶转变时靖构变化示盒图光致变高分子材料中的光敏基团吸收特定波长的光后可以发生某些化学或物理反应，从而产生一系列结构和性能的变化，表现出特定的功能。例如偶氮米基团吸收特定波长后偶极矩、尺寸和形状发生改变；苯并嫌叱喃基团形成两性离子:匚景基中烷基团产生可逆离子解离：肉桂酸酯基团发生光二聚反应。光致形变液品高分子中几乎都采用偶烈苯作为响应基团。如图1（八）所示，在不同波长光的作用下，偶赳苯可以实现顺反异构化。其反式构型在热力学上处稳定状态，在紫外光的照射卜.，反式的偶氮苯发牛.异构反应，转变成顺式偶氮苯：顺式偶烈苯构型热力学上处丁非稔定状态，白然状态下可逐渐I川复到反式构型，通过可见光的照射或者加热可以加快同发过程。ICP的发展与应用21世纪初，科学家首次合成了含有偶氮苯的液晶高分子材料。在紫外光照射上偶氮苯基团发生形状变化，偶氮茉1.CP沿着液晶基元排列方向收缩，形变珏达20%;而在可见光的照射卜.，材料又能够恢更原有的长度。此后，光致形变液晶高分了材料的研究工作取得了很大进展。通过调控1.CP中液晶分子结构和排列方式，进一步扩屣了1.CP的形变模式，开发了光控柔性机牌人和新型光潦控系统，将光致形变1.CP走向实际应用推进了大步。光拄柔性机器人通过改变1.CP的分子结构，将1.CP的响应波长从量外光扩展到了可见光甚至近红外光，长波长光响应的光致形变1.CP制作的光控柔性机器人在可见光照射下运行，柔性机器人能搬运自重十倍的物体。由手爪"、"手腕"和"手皆”等部件构成的柔性微机器人结构示意图及其驱动过程新型光流控系统利用偶热苯分子在470nm光照射卜的Weigert效应，偶氮苯反复的顺反异构化产生了自由体积。由于1.1.CP薄膜被固定在PMMA基底上，自由体积被转化为膜弧面的弯曲。从而在液体两侧产生不对称的截面积，在拉普拉斯压差的作用卜.驱动液体。IMnfanfiMiMbyMtoaMMdfe1.1.*ponmt41byMtcnuanedI*MJe-Ky.1/.«I96液晶高分子微管执行器在梯度光强照射下驱动液体运动总结光致形变液晶高分子材料可以在光照卜.，将液晶分子取向的微观变化放大为材料的宏观形变，并且具有丰富的形变方式和优异的形变性能.相信通过开发新的液品高分子材料体系、更加简总的取向技术和更加集成的系统，液晶高分子材料在微流控,软执行器、传感器、可穿戴设符、结构色和防伪等领域找到新的应用点.