用于光致動器的液晶彈性體復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于光致動器的液晶彈性體復合材料及其制備方法，該復合材料由作為填料的納米碳材料、作為基體的熱致型液晶彈性體原位聚合而成，所述納米碳材料與熱致型液晶彈性體的重量比為0.02～3:100，所述納米碳材料為石墨烯、氧化石墨烯或碳納米管。本發(fā)明的復合材料可高效地吸收近紅外激光，將光能轉換為熱能而觸發(fā)液晶彈性體發(fā)生相轉變，使本征上不具備光刺激響應性的液晶彈性體可用于光致動器，同時碳納米管增強液晶彈性體可提高致動器的輸出力，并且碳納米管受近紅外激光輻照時收縮，與液晶彈性體的熱致收縮行為在形變方向上一致，兩者的協(xié)同效應提高致動器的響應速率和形變量。
【專利說明】用于光致動器的液晶彈性體復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及智能材料和聚合物基納米復合材料領域，具體地指一種用于光致動器的液晶彈性體復合材料及其制備方法。 【背景技術】
[0002]致動器是指在電、熱和光等外場刺激下，將電能、熱能和光能等轉換為機械能的執(zhí)行裝置。其中，以光為驅動源構建聚合物致動器具有可遠程控制、機構簡化易集成、成本低、質量輕和易加工成型等突出優(yōu)勢。構建致動器用的智能材料要求兼具響應性和驅動性特點，聚合物光致動器的形變機理源于光致分子異構和光觸發(fā)物理形變。目前主要是偶氮苯類等少數聚合物本征上表現出光致形變，但偶氮苯類聚合物局限于紫外光照條件下產生機械響應，同時純聚合物材料構建致動器的輸出力小，其應用受到了限制。
[0003]石墨烯和碳納米管具有優(yōu)異的電、光、熱和力學性能以及各向異性特點，為構建高性能的致動器開啟了新的思路和途徑。以石墨烯和碳納米管構建的電致動器和光致動器能夠產生較大的輸出力。然而，純石墨烯和碳納米管致動器的成本高、加工性差和耦合效率低?？茖W家們發(fā)現，石墨烯和碳納米管能夠高效地吸收近紅外激光，將光能轉換為熱能形成“分子加熱器”，進而觸發(fā)聚合物彈性體復合材料產生機械響應。然而，聚合物復合材料的宏觀機械響應源于納米碳材料和聚合物基體彈性形變的矢量和，但光熱效應誘導傳統(tǒng)聚合物材料產生的形變量和輸出力較小，且響應速率較慢。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現有單一材料構建的致動器存在響應速率慢、形變量小以及難遠程控制的缺陷，提供一種用于光致動器的液晶彈性體復合材料及其制備方法，以實現構建響應速率快、形變量大和輸出力大的光致動器。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明所提供的用于光致動器的液晶彈性體復合材料，由作為填料的納米碳材料、作為基體的熱致型液晶彈性體原位聚合而成，所述納米碳材料與熱致型液晶彈性體的重量比為0.02~3:100，所述納米碳材料為石墨烯、氧化石墨烯或碳納米管。
[0006]優(yōu)選地，所述納米碳材料與熱致型液晶彈性體的重量比為0.05~1:100。
[0007]更優(yōu)選地，所述納米碳材料與熱致型液晶彈性體的重量比為0.1~0.5:100。
[0008]優(yōu)選地，所述熱致型液晶彈性體由丙烯酸酯類液晶單體、乙烯基芳香酯類液晶單體、乙烯基偶氮苯類液晶單體或乙烯基聯(lián)苯類液晶單體交聯(lián)而成。
[0009]所述丙烯酸酯類液晶單體優(yōu)選為腰接型丙烯酸酯類液晶單體，如2 '，5 ' -二(4〃 -烷氧基苯甲酰氧基)-4-苯甲酰氧基-1-丙烯酸酯液晶單體、2'，5' -二(4〃 -烷基環(huán)己基甲酰氧基)-4-苯甲酰氧基-1-丙烯酸酯液晶單體。
[0010]所述乙烯基芳香酯類液晶單體優(yōu)選為腰接型乙烯基芳香酯類液晶單體，如1-乙烯基-3-烷基-2，5- 二(4'-烷基苯甲酰氧基)苯甲酸酯液晶單體。[0011]優(yōu)選地，所述碳納米管為羥基化碳納米管。
[0012]本發(fā)明還提供了一種上述液晶彈性體復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0013]I)將納米碳材料加入到有機溶劑中超聲波處理，分散濃度為0.01~lmg/mL，再將液晶單體、交聯(lián)劑和光引發(fā)劑按摩爾比90:5~10:0.2~I加入，繼續(xù)攪拌均勻得到分散液；[0014]2 )將分散液旋涂在玻璃或聚四氟乙烯襯底板上，然后在避光和氮氣氣氛環(huán)境下緩慢升溫至90~130°C，保溫5~20min后降溫至75~100°C，立即用250~800nm光輻照5~20min，升溫至85~110°C后再次照射5~20min，反應完成得到薄膜狀的液晶彈性體復合材料；
[0015]所述液晶單體為丙烯酸酯類液晶單體、乙烯基芳香酯類液晶單體、乙烯基偶氮苯類液晶單體或乙烯基聯(lián)苯類液晶單體。
[0016]優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑為二丙烯酸酯類或二乙烯基烷氧基苯類交聯(lián)劑，可選用1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、4-丙烯酰氧基烷氧基-1- (4'-乙烯烷氧基苯氧基)-苯甲酸酯、或1，4- 二( 1-乙烯基)-烷氧基苯。
[0017]優(yōu)選地，所述的光引發(fā)劑為2-芐基-2-二甲基氨基-1- (4-嗎啉苯基)丁酮(Irgacure369)、2_甲基-1- (4-甲硫基苯基)-2-嗎琳基丙麗、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴?、2-芐基-2- 二甲氨基-1- (4-嗎啉苯基)丁酮或2-羥基-2-甲基-l-[4- (2-羥基乙氧基)苯基]丙麗。
[0018]優(yōu)選地，所述有機溶劑為丙酮、乙醇、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
[0019]優(yōu)選地，所述納米碳材料為羥基化碳納米管，其制備方法如下:
[0020]a)將碳納米管在硝酸溶液中回流處理8~12h，待混合液冷卻至室溫后減壓過濾，去離子水洗滌至中性，真空干燥得到黑色粉末；
[0021]b)將黑色粉末超聲波分散在溶劑中，濃度為0.5~2mg/mL，再加入羥基化試劑，碳納米管與羥基化試劑的重量比為1/10~1/30，然后在氮氣保護的條件下攪拌回流8~12h，然后冷卻至室溫、濾去液體、去離子水洗滌沉淀，真空干燥得到羥基化碳納米管。
[0022]優(yōu)選地，所述羥基化碳納米管的制備方法的步驟a)中所述溶劑為水、N，N- 二甲基甲酰胺、丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
[0023]優(yōu)選地，所述羥基化碳納米管的制備方法的步驟b)中所述羥基化試劑為偶氮二甲基N-雙羥甲基羥乙基丙酰胺、2，2’-偶氮[2-甲基-N- (2-羥基乙基)丙酰胺]、4，4’-偶氮雙(4-氰基戊醇)或1-疊氮基烷基伯醇。
[0024]優(yōu)選地，所述液晶單體為2'，5' -二(4〃 -烷氧基苯甲酰氧基)-4_苯甲酰氧基-1-丙烯酸酯、2'，5' -二(4〃 -烷基環(huán)己基甲酰氧基)-4-苯甲酰氧基-1-丙烯酸酯或1_乙烯基_3_烷基-2，5- 二(4'-烷基苯甲酸氧基)苯甲酸酯。
[0025]本發(fā)明的設計原理:
[0026]液晶彈性體兼具液晶的各向異性和聚合物交聯(lián)網絡的熵彈性，通過納米碳材料吸收近紅外激光后將光能轉換為熱能，對液晶彈性體分子內部進行加熱，使內部液晶基元取向有序性降低，使液晶彈性體發(fā)生熱致相變，從液晶態(tài)轉變?yōu)楦飨蛲詰B(tài)，并沿指向矢方向產生大形變。另一方面，納米碳材料自身受激光輻照時也產生形變，從而結合納米碳材料可賦予聚合物材料光機械響應和液晶彈性體在熱致相變時產生大形變的特點，最終使液晶彈性體復合材料表現出宏觀大形變。同時基于納米碳材料與液晶彈性體在致動性能上的互補性和形變方向上的協(xié)同性，有望構建出響應速率快、形變量大和輸出力大的光致動器。
[0027]本發(fā)明的有益效果:
[0028]所提供的用于光致動器的液晶彈性復合材料對近紅外激光輻照響應快、形變大、輸出力大,可高效地吸收近紅外激光,將光能轉換為熱能而觸發(fā)液晶彈性體發(fā)生相轉變,使本征上不具備光刺激響應性的液晶彈性體可用于光致動器，同時納米碳材料增強液晶彈性體可提高致動器的輸出力，并且納米碳材料受近紅外激光輻照時收縮，與液晶彈性體的熱致收縮行為在形變方向上一致，兩者的協(xié)同效應提高致動器的響應速率和形變量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明實施例1制備的氧化石墨烯/液晶彈性體復合薄膜斷面的掃描電鏡圖像。
[0030]圖2為本發(fā)明實施例4制備的羥基化碳納米管/液晶彈性體復合薄膜斷面的掃描電鏡圖像。
[0031]圖3以近紅外激光(波長808nm、功率2W)輻照納米碳材料填充液晶彈性體復合薄膜產生機械響應的時間-應變曲線；圖中標號I~4分別對應實施例1~4的液晶彈性體復合材料，標號X為對照例。
[0032]圖4以近紅外激光(波長808nm、功率2W)輻照羥基化碳納米管/液晶彈性體復合薄膜產生機械響應的時間- 應變曲線；圖中標號I~6依次對應實施例11、實施例5、實施例9、實施例8、實施例7、實施例4的液晶彈性體復合材料，標號X為對照例。
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0034]下述各個實施例中采用的液晶單體為2'，5' -二(4" -丁氧基苯甲酰氧基)-4-苯甲酰氧基-1-丙烯酸丁酯，其制備方法如下:
[0035]①將對羥基苯甲酸加入到N，N-二甲基甲酰胺中，配成濃度為lg/mL的溶液，再加入與2，5- 二羥基苯甲酸摩爾比為3:1的碳酸氫鈉，在70°C下攪拌lh，得到溶液A ;
[0036]②在溶液A中加入與對羥基苯甲酸等摩爾的芐基溴，繼續(xù)在70°C下攪拌反應7h，待反應混合液冷卻至室溫后，加入N，N- 二甲基甲酰胺3倍體積的水稀釋，再用體積比為1:1的己烷/乙酸乙酯萃取兩次，分離有機相得到溶液B ;
[0037]③將溶液B用水洗3次，然后加入無水硫酸鈉干燥，除去溶劑得到褐色固體，最后以乙醚為洗脫劑，用100-200目的硅膠柱層析法純化，除去乙醚得到黃色晶體對羥基苯甲酸苯甲酯；
[0038]④將所得的對羥基苯甲酸苯甲酯與對丁氧基苯甲酸、N，N- 二環(huán)乙基碳二亞胺和吡咯烷吡啶依次按摩爾比5:10:10:1溶解在二氯甲烷中，四種反應物的摩爾總濃度為3M，室溫攪拌反應12h，再過濾得到濾液C ；
[0039]⑤將濾液C依次用去離子水、質量濃度5%的醋酸和去離子水各萃取一次，在分離所得的有機相中加入無水硫酸鈉，靜置吸水12h，蒸發(fā)除去溶劑后得到淡黃色產物，再用體積比為4:1的乙醇/甲苯混合溶劑重結晶三次，得到白色針狀晶體D ;
[0040]⑥將晶體D和鈀碳催化劑(10wt%，Pd/C)溶液按質量比10:1加入到乙酸乙酯中，配制成濃度為50mg/mL的溶液,氫氣氣氛下室溫攪拌反應IOh,過濾收集濾液,蒸發(fā)除去溶劑，得到鱗片狀白色晶體E ;
[0041]⑦將晶體E、對羥丁基丙烯酸酯、N, N- 二環(huán)乙基碳二亞胺和吡咯烷吡啶依次按摩爾比9:10:10:1溶解在二氯甲烷中，四種反應物的摩爾總濃度為0.2M，室溫攪拌反應12h后，對反應混合物進行過濾，收集到濾液F ；
[0042]⑧將濾液F依次用去離子水、質量濃度5%的醋酸和去離子水各萃取一次，分離所得有機相中加入無水硫酸鈉，靜置吸水12h，蒸發(fā)除去溶劑后得到淡黃色產物，再用體積比為4:1的乙醇/甲苯混合溶劑重結晶三次，最后所得白色晶體即為液晶單體。
[0043]對照 例
[0044]將2'，5' -二(4〃 -丁氧基苯甲酰氧基)-4_苯甲酰氧基-1-丙烯酸丁酯液晶單體(0.lg)、l, 6-己二醇二丙烯酸酯(4mg)和Irgacure369 (0.32mg)溶解在5mL丙酮中，攪拌均勻后旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°C,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C福照15min,反應完成得到純液晶彈性體復合薄膜。
[0045]實施例1
[0046]I)將氧化石墨烯(0.31mg)加入到5mL丙酮中超聲處理，再加入2，5-二(4' -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.lg)、l，6-己二醇二丙烯酸酯交聯(lián)劑(4mg)和Irgacure369光引發(fā)劑(0.32mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0047]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C福照15min,反應完成得到含0.3wt%氧化石墨烯的液晶彈性體復合薄膜。
[0048]實施例2
[0049]I)將石墨烯(0.31mg)加入到5mL丙酮中超聲處理，再加入2，5-二(4' - 丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.lg)、l，6-己二醇二丙烯酸酯交聯(lián)劑(4mg)和Irgacure369光引發(fā)劑(0.32mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0050]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C福照15min,反應完成得到含0.3wt%石墨烯的液晶彈性體復合薄膜。
[0051]實施例3
[0052]I)將碳納米管(0.31mg)加入到5mL丙酮中超聲處理，再加入2，5-二(4' -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.lg)、l，6-己二醇二丙烯酸酯交聯(lián)劑(4mg)和Irgacure369光引發(fā)劑(0.32mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0053]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含0.3wt%碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0054]實施例4[0055]步驟一:制備羥基化碳納米管
[0056]a)將2g碳納米管加入到300mL濃度為3M的硝酸溶液中，在100°C攪拌12h后，將混合液冷卻至室溫，再減壓過濾，用去離子水反復洗滌至中性，然后10(TC下真空干燥得到黑色粉末；
[0057]b)將50mg硝酸處理的碳納米管加入至80mL水中，超聲處理30min后，再加入到含0.5g偶氮二甲基N-雙羥甲基羥乙基丙酰胺的水溶液(20mL)中，在氮氣保護和100°C下反應12h后，冷卻至室溫，減壓過濾、去離子水洗滌、真空干燥，得到羥基化碳納米管。
[0058]步驟二:制備羥基化碳納米管/液晶彈性體復合材料
[0059]I)將羥基化碳納米管(0.3Img)加入到5mL丙酮中超聲處理，再加入2，5_ 二(4/ -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.lg)、l，6-己二醇二丙烯酸酯交聯(lián)劑(4mg)和Irgacure369光引發(fā)劑(0.32mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0060]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含0.3wt%羥基化碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0061]實施例5
[0062]步驟一:羥基化碳納米管的制備同實施例4
[0063]步驟二:制備羥 基化碳納米管/液晶彈性體復合材料
[0064]I)將羥基化碳納米管(0.21mg)加入到IOmL丙酮中超聲處理，再加入2，5_ 二(4/ -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(lg)、l，6-己二醇二丙烯酸酯(40mg)和Irgacure369 (3.2mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0065]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含0.02wt%羥基化碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0066]實施例6
[0067]步驟一:羥基化碳納米管的制備同實施例4
[0068]步驟二:制備羥基化碳納米管/液晶彈性體復合材料
[0069]I)將羥基化碳納米管(0.13mg)加入到5mL丙酮中超聲處理，再加入2，5_ 二(4/ -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.25g)、l，6-己二醇二丙烯酸酯(IOmg)和Irgacure369 (0.8mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0070]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含0.05wt%羥基化碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0071]實施例7
[0072]步驟一:羥基化碳納米管的制備同實施例4
[0073]步驟二:制備羥基化碳納米管/液晶彈性體復合材料
[0074]I)將羥基化碳納米管(0.26mg)加入到IOmL丙酮中超聲處理，再加入2，5_ 二(4/ -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.25g)、l，6-己二醇二丙烯酸酯(IOmg)和Irgacure369 (0.8mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；[0075]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含0.lwt%羥基化碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0076]實施例8
[0077]步驟一:羥基化碳納米管的制備同實施例4
[0078]步驟二:制備碳納米管/液晶彈性體復合材料
[0079]I)將羥基化碳納米管(0.52mg)加入到IOmL丙酮中超聲處理，再加入2，5_ 二(4/ -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.lg)、l，6-己二醇二丙烯酸酯(4mg)和Irgacure369 (0.32mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0080]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含0.5wt%羥基化碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0081]實施例9
[0082]步驟一:羥基化碳納米管的制備同實施例4
[0083]步驟二:制備碳納米管/液晶彈性體復合材料
[0084]I)將羥基化碳納米管(0.73mg)加入到IOmL丙酮中超聲處理，再加入2，5_ 二(4/ -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.lg)、l，6-己二醇二丙烯酸酯(4mg)和Irgacure369 (0.32mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0085]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含0.7wt%羥基化碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0086]實施例10
[0087]步驟一:制備羥基化碳納米管
[0088]a)將2g碳納米管加入到300mL濃度為3M的硝酸溶液中，在100°C攪拌1此后，將混合液冷卻至室溫，再減壓過濾，用去離子水反復洗滌至中性，然后10(TC下真空干燥得到黑色粉末；
[0089]b)將50mg硝酸處理的碳納米管加入至80mL水中，超聲處理30min后，再加入含1.5g的4，4’-偶氮雙(4-氰基戊醇)的水溶液(20mL)中，在氮氣保護和100°C下反應12h后，冷卻至室溫，減壓過濾、去離子水洗滌純化、真空干燥，得到羥基化碳納米管。
[0090]步驟二:制備碳納米管/液晶彈性體復合材料
[0091]I)將羥基化碳納米管(1.58mg)加入到15mL丙酮中超聲處理，再加入2，5- 二(4/ -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.lg)、l，6-己二醇二甲基丙烯酸酯(4.4mg)和2-甲基-1- (4-甲硫基苯基)-2-嗎啉基丙酮(0.24mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0092]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含1.5wt%羥基化碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0093]實施例11
[0094]步驟一:羥基化碳納米管的制備同實施例10[0095]步驟二:制備碳納米管/液晶彈性體復合材料
[0096]I)將羥基化碳納米管(3.15mg)加入到15mL丙酮中超聲處理，再加入2，5_ 二(4/ -丁氧基苯甲酰氧基)-4"-苯甲酰氧基丁基-1-丙烯酸酯液晶單體(0.lg)、l，6-己二醇二甲基丙烯酸酯(4.5mg)和2-甲基-1- (4-甲硫基苯基)-2-嗎啉基丙酮(0.25mg),繼續(xù)攪拌均勻得到黑色的分散液；
[0097]2)將分散液旋涂在表面光滑平整的聚四氟乙烯片上，然后在避光和氮氣氣氛下緩慢升溫至100°c,保溫IOmin后緩慢降溫至80°C,立即用365nm光福照15min,再升溫至90°C輻照15min，反應完成得到含3wt%羥基化碳納米管的液晶彈性體復合薄膜。
[0098]試驗例I
[0099]對上述實施例中得到的液晶彈性體復合薄膜光進行致機械響應行為測試，測試方法如下:
[0100]采用動態(tài)熱分析儀(DMA, TA Q800)拉伸模式，先固定液晶彈性體納米復合薄膜的上端，其下端預加載力10mN，再用近紅外激光(波長808nm，功率2W)垂直方向上輻照納米復合薄膜，DMA儀器將自動記錄光照時間與機械應變曲線，進而可計算出納米復合薄膜的響應速率和形變量。
[0101]將上述對照例的純液晶彈性體和各個實施例得到的納米碳材料填充液晶彈性體復合薄膜的光機械響應行為進行對比試驗，其性能數據如下表所示:
[0102]
【權利要求】
1.一種用于光致動器的液晶彈性體復合材料，其特征在于:它由作為填料的納米碳材料、作為基體的熱致型液晶彈性體原位聚合而成；所述納米碳材料與熱致型液晶彈性體的重量比為0.02~3:100，所述納米碳材料為石墨烯、氧化石墨烯或碳納米管。
2.根據權利要求1所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料，其特征在于:所述納米碳材料與熱致型液晶彈性體的重量比為0.05~1:100。
3.根據權利要求2所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料，其特征在于:所述納米碳材料與熱致型液晶彈性體的重量比為0.1~0.5:100。
4.根據權利要求1所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料，其特征在于:所述熱致型液晶彈性體由丙烯酸酯類液晶單體、乙烯基芳香酯類液晶單體、乙烯基偶氮苯類單體或乙烯基聯(lián)苯類液晶單體交聯(lián)而成。
5.根據權利要求1~4任一項所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料，其特征在于:所述碳納米管為羥基化碳納米管。
6.一種權利要求1所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料的制備方法，包括以下步驟: 1)將納米碳材料加入到有機溶劑中超聲波處理，分散濃度為0.01~lmg/mL，再將液晶單體、交聯(lián)劑和光引發(fā)劑按摩爾比90:5~10:0.2~I加入，繼續(xù)攪拌均勻得到分散液； 2)將分散液旋涂在玻璃或聚四氟乙烯襯底板上，然后在避光和氮氣氣氛環(huán)境下緩慢升溫至90~130°C，保溫5~20min后降溫至75~100°C，立即用250~800nm光輻照5~20min，升溫至85~110°C后再次照射5~20min，反應完成得到薄膜狀的液晶彈性體復合材料； 所述液晶單體為丙烯酸酯類液晶單體、乙烯基芳香酯類液晶單體、乙烯基偶氮苯類液晶單體或乙烯基聯(lián)苯類液晶單體。
7.根據權利要求6所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料的制備方法，其特征在于:所述交聯(lián)劑為二丙烯酸酯類或二乙烯基烷氧基苯類交聯(lián)劑。
8.根據權利要求6所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料的制備方法，其特征在于:所述的光引發(fā)劑為2-芐基-2- 二甲基氨基-1-(4-嗎啉苯基)丁酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉基丙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴?、2-芐基-2- 二甲氨基-1- (4-嗎啉苯基)丁酮或2-羥基-2-甲基-l-[4- (2-羥基乙氧基)苯基]丙酮。
9.根據權利要求6或7或8所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料的制備方法，其特征在于:所述碳納米管為羥基化碳納米管，其制備方法如下: a)將碳納米管混合在硝酸溶液中回流處理8~12h，待混合液冷卻至室溫后減壓過濾，去離子水洗滌至中性，真空干燥得到黑色粉末； b)將黑色粉末超聲波分散在溶劑中，濃度為0.5~2mg/mL，再加入羥基化試劑，碳納米管與羥基化試劑的重量比為1/10~1/30，然后在氮氣保護的條件下攪拌回流8~12h，然后冷卻至室溫、濾去液體、去離子水洗滌沉淀，真空干燥得到羥基化碳納米管。
10.根據權利要求9所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料的制備方法，其特征在于:所述羥基化碳納米管的制備方法的步驟a)中所述溶劑為水、N, N-二甲基甲酰胺、丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
11.根據權利要求9所述用于光致動器的液晶彈性體復合材料的制備方法，其特征在于:所述羥基化碳納米管的制備方法的步驟b)中所述羥基化試劑為偶氮二甲基N-雙羥甲基羥乙基丙酰胺、2，2’-偶氮[2-甲基-N- (2-羥基乙基)丙酰胺]、4，4’-偶氮雙(4-氰基戊醇)或1-疊氮基 烷基伯醇 。
【文檔編號】C08K9/04GK103524678SQ201310469443
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權日:2013年10月10日
【發(fā)明者】楊應奎, 彭仁貴, 唐偉, 董曉利 申請人:湖北大學