專利名稱：可通過光動(dòng)作的柔性箔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可通過光而動(dòng)作的柔性箔。
背景技術(shù)：
Ikeada等人在Adv.Mat.2003，15 no 3，201-205頁公開了在開始段落提及的箔。該處公開的箔由偶氮苯液晶凝膠制成，當(dāng)其暴露于光時(shí)發(fā)生各向異性地彎曲或伸直。該箔包括各向異性地取向的反-偶氮-苯部分，當(dāng)其暴露于合適波長(zhǎng)的光時(shí)進(jìn)行反-順異構(gòu)化。順式和反式異構(gòu)體具有不同形狀。為發(fā)生彎曲(或伸直)，將箔暴露于光，使得基本上所有的入射光均被箔表面區(qū)域的反-偶氮-苯部分吸收，使箔的主體未暴露。因此，在表面區(qū)域的染料形狀變化，而在箔的主體內(nèi)并未如此。染料形狀的變化導(dǎo)致沿表面區(qū)域一個(gè)方向的體積選擇性收縮，而主體體積并未變化，其引起該箔彎曲。
該已知的箔具有缺點(diǎn)。為在吸收中建立足夠陡的梯度，該箔完全由染料組成。由于染料對(duì)環(huán)境光具有反應(yīng)性，則預(yù)計(jì)如此高的染料濃度會(huì)限制使用壽命。而且，由于染料濃度梯度，預(yù)計(jì)操作期間形成大量熱應(yīng)力，也限制了使用壽命。而且，既然箔的主體未受影響，則彎曲的幅度有限。增加輻射強(qiáng)度無助于增加彎曲幅度，因?yàn)檫@使得層中更深處的偶氮分子也以相同方向收縮。這減少了彎曲幅度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的尤其在于提供可通過光動(dòng)作的柔性箔。該箔能夠提供大幅度的動(dòng)作，并且若需要的話，采用減少的染料負(fù)荷。
這些和其它目的由可通過光動(dòng)作的柔性箔來實(shí)現(xiàn)，該箔包括在吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)能夠改變形狀的染料，該染料在箔的至少一個(gè)主要表面附近各向異性地取向，并且顯示了橫截于該箔的濃度和/或取向的不對(duì)稱變化，使得當(dāng)吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)該箔產(chǎn)生動(dòng)作。
當(dāng)染料吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)改變形狀，使其在某些方向占據(jù)更多空間并在其它方向占據(jù)較少空間。因?yàn)樵谥辽僖粋€(gè)主要表面附近染料各向異性地取向，這種取向基于宏觀規(guī)模，所以各向異性地取向的染料分子產(chǎn)生合作，以在箔的至少一個(gè)側(cè)向上提供箔的宏觀規(guī)模的變化。尺度的變化程度尤其取決于染料的濃度和/或取向。因?yàn)槿嵝圆@示了橫截于該箔的濃度和/或取向的不對(duì)稱變化，則在至少一個(gè)側(cè)向的尺度變化橫截于該箔不對(duì)稱地變化。由于箔是柔性的，則尺度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴膭?dòng)作或更具體為變形。橫截于該箔，側(cè)向尺度變化的單調(diào)改變(逐步地或以不連續(xù)步驟)獲得了彎曲動(dòng)作。從而該箔可動(dòng)作或更具體地可變形。
因?yàn)槿玖系娜∠?濃度橫截于該箔變化，則根據(jù)本發(fā)明的箔可動(dòng)作或更具體地可彎曲，勿需吸收箔表面區(qū)域中該箔上所有的入射光。因此，可減少染料負(fù)載(濃度)。具有減少的染料負(fù)載不僅降低在環(huán)境光下箔的光化學(xué)反應(yīng)性，還減少箔內(nèi)形成的熱應(yīng)力。而且，因?yàn)楣馕湛稍谡麄€(gè)箔厚度上發(fā)生，與受限于表面區(qū)域的那些變化相反，側(cè)向尺度變化可在整個(gè)箔厚度上發(fā)生，因此動(dòng)作的幅度可能更大，或者在給定動(dòng)作幅度下的染料負(fù)載減少。
在本發(fā)明上下文中，術(shù)語“光”指光化輻射，包括但不限于電子束和γ射線和X射線輻射以及其它電磁輻射諸如紫外、可見和紅外光。
在本發(fā)明上下文中，術(shù)語“染料”是當(dāng)處于預(yù)定波長(zhǎng)的光下時(shí)能夠改變形狀的染料的簡(jiǎn)寫。術(shù)語“染料”指單一染料化合物或染料混合物。
通過控制染料濃度和/或取向的變化，可控制箔的動(dòng)作。減少染料濃度或取向度導(dǎo)致尺度上不那么顯著的變化。改變?nèi)∠虻姆较蚨槐匾販p少取向度通常導(dǎo)致至少一個(gè)方向展示出不那么顯著的尺度變化和至少另一方向的更加顯著的尺度變化。
原則上，任何改變形狀的染料可根據(jù)本發(fā)明適當(dāng)應(yīng)用。很多實(shí)例原樣在本領(lǐng)域是已知的。例如，可采用依賴于光致裂解或光致消除的染料。然而，該染料的效果通常不可逆。優(yōu)選具有能可逆動(dòng)作的柔性箔。為此，在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)染料能夠從第一形狀變化為第二形狀，且能夠通過波長(zhǎng)與所述預(yù)定波長(zhǎng)不同的光或通過加熱或它們的結(jié)合從第二形狀變化到第一形狀，使得箔能可逆地動(dòng)作。
為獲得形狀的可逆變化，可采用可光致異構(gòu)化(photo-isomerizable)的染料。
在更特別的實(shí)施方案中，染料是偶氮苯染料。
這種偶氮苯染料容易各向異性地取向(任選地結(jié)合液晶)并具有高消光系數(shù)。
若染料分散在聚合液晶中，則可獲得大幅度動(dòng)作。
在本發(fā)明上下文中，術(shù)語“聚合物”包涵但不限于直鏈或(輕微)交聯(lián)的聚合物、寡聚物、均聚物、共聚物、三元共聚物和更高級(jí)同系物、直鏈聚合物、側(cè)鏈和主鏈、聚合物共混物。
在本發(fā)明上下文中，術(shù)語“聚合液晶”包括但不限于液晶聚合物和通過聚合可聚合液晶獲得的聚合物。聚合液晶可獲自單一液晶化合物或包含數(shù)種此類化合物的混合物，并且可含有其它組分。
取向的聚合液晶的使用有助于染料的取向、擴(kuò)大了由染料形狀變化帶來的尺寸變化、和/或使得能夠使用其原樣并非液晶的那些染料。聚合液晶有助于高度的各向異性取向。若處于Tg以上的非機(jī)械手段，則箔的側(cè)向尺度收縮可被實(shí)現(xiàn)，從而能進(jìn)行大幅度彎曲(伸直)動(dòng)作。這些材料原樣在本領(lǐng)域中已知并包括液晶聚合物和通過聚合取向狀態(tài)的可聚合液晶而獲得的聚合物。
使用光可聚合液晶有利于通過圖案化曝光如通過掩模形成圖案化聚合液晶。
存在濃度和/或取向變化的很多不同實(shí)施方案。
在第一實(shí)施方案中，箔包括疊層，層的染料濃度和/或取向在該堆疊的不同層不相同。
在第二實(shí)施方案中，染料的濃度和/或取向逐漸變化。
取向上的變化可包括取向度的變化或平均取向方向的方向變化。
一個(gè)有利的實(shí)施方案是其中染料展曲取向，即在箔的一個(gè)主要表面附近平面取向和相對(duì)于這個(gè)主要表面的另一主要表面附近垂直取向。
在展曲取向中，存在橫截于該箔的逐漸變化，從在一個(gè)主要表面的垂直排列變化到在相對(duì)于這個(gè)主要表面的另一主要表面的平面取向。展曲取向可用于桿狀(calamitic)和盤狀(discotic)液晶。
根據(jù)本發(fā)明的柔性箔將光轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)作。機(jī)械動(dòng)作可用于移動(dòng)或?qū)ξ矬w施加力或可用于提供分隔選定空間區(qū)域的可移動(dòng)屏障。在所有這些情況中，有利的是將柔性箔附于結(jié)構(gòu)物，例如相對(duì)于箔的動(dòng)作固定的基材。
在特別的實(shí)施方案中，柔性箔是可在開閉狀態(tài)之間切換的閥門。在通常意義下，該閥門可用作例如流體或輻射(如光)物質(zhì)的檔板。


參考下文所述的附圖和實(shí)施方案，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯且被闡明。
在附圖中附圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的柔性箔處于平展和彎曲狀態(tài)的實(shí)施方案透視圖；和附圖2示意性地顯示了附圖1所示的平展和彎曲狀態(tài)的放大圖。
具體實(shí)施例方式
附圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的柔性箔處于平展和彎曲狀態(tài)的實(shí)施方案透視圖。
當(dāng)處于平展?fàn)顟B(tài)的柔性箔1處于預(yù)定波長(zhǎng)λ1的光hν時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作，使得該柔性箔處于彎曲狀態(tài)。該動(dòng)作是可逆的，盡管這在廣泛意義上對(duì)于本發(fā)明而言并非必要的。當(dāng)處于彎曲狀態(tài)的柔性箔1暴露于預(yù)定波長(zhǎng)λ2(λ2不同于λ1)的光hν時(shí)，或暴露于有效的熱處理Δ或其結(jié)合時(shí)，該箔恢復(fù)到其平展?fàn)顟B(tài)。
附圖2示意性地顯示了附圖1所示的平展和彎曲狀態(tài)的放大圖。
附圖2在分子規(guī)模上顯示了如何產(chǎn)生柔性箔響應(yīng)于光的動(dòng)作。
柔性箔1由具有取向棒狀分子單元3的聚合液晶形成。
如上所示，術(shù)語“聚合液晶”包括液晶聚合物和通過聚合可聚合液晶獲得的聚合物。兩種類型的聚合物原樣在本領(lǐng)域是眾所周知的?？赏ㄟ^將聚合物加熱到其清澈點(diǎn)(clearing point)以上且隨后冷卻到該溫度以下同時(shí)處于取向裝置中而獲得取向液晶聚合物。也可通過使可聚合液晶取向且隨后聚合液晶同時(shí)維持取向而制備取向聚合液晶。
具有能夠在吸收波長(zhǎng)λ1的光時(shí)改變形狀(從棒狀構(gòu)象改變至彎曲構(gòu)象)的棒狀分子單元5的染料分散于聚合液晶中。
聚合液晶和與該聚合液晶排列的染料在展曲取向(展曲并非必要的，也可采用其它取向)中得以各向異性地取向。在主要表面7，棒狀單元3和5排列成平面，其長(zhǎng)軸取向平均平行于表面7。在主要表面9，棒狀單元3和5垂直取向，其長(zhǎng)軸取向平均垂直于主要表面9。從箔的一個(gè)主要表面橫截到另一主要表面，單元3和5的長(zhǎng)軸平均取向逐漸從一種取向變化為另一取向。
在附圖1和2所示實(shí)施方案中，染料和聚合液晶結(jié)構(gòu)單元是棒狀，但這絕非必要的。例如，也可采用碟形部分和單元。
所示展曲取向可采用常規(guī)裝置原樣獲得。例如，可采用取向?qū)?排列層)如摩擦聚酰亞胺或斜面濺射的二氧化硅層獲得平面取向。垂直取向的獲得可通過將特定表面活性劑包括在待取向的組合物中使其對(duì)著空氣或使用以表面活性劑官能化的取向?qū)?。也可采用促進(jìn)垂直取向形成的液晶。通過將待取向的組合物分散到兩種基材之間而發(fā)生取向，每種基材都具有取向?qū)踊騿我换木哂写∠虻慕M合物層，該層與空氣接觸。取向?qū)右部衫缋靡阎墓鈱?duì)準(zhǔn)方法圖案化。
在暴露于波長(zhǎng)λ1的光之后，各向異性的棒狀染料單元5變化為不太呈棒狀，例如彎曲形狀，由此在棒狀單元5的縱軸初始排列方向需要較少空間，而在其垂直方向需要較多空間。因?yàn)槿玖系娜∠蛞院暧^規(guī)模(單疇或多疇)伸展，所以染料分子合作產(chǎn)生箔形狀的宏觀變化。尤其是，在主要表面7附近，以取向方向，收縮以箭頭11所示方向發(fā)生，而在其垂直的側(cè)向，如雙箭頭13所示出現(xiàn)膨脹。在主要表面9附近，如箭頭12所示膨脹在所有側(cè)向發(fā)生。在進(jìn)一步向內(nèi)的位置，尺度的變化介于在主要表面7和9觀察到的變化之間。尺度變化的凈結(jié)果是向著出現(xiàn)收縮的主要表面即主要表面7的彎曲動(dòng)作。
通過在橫截于箔的方向上箔的各向異性的不對(duì)稱性使得箔能夠動(dòng)作。并非一定要(但視需要可額外地采用)在箔內(nèi)建立光強(qiáng)梯度以帶來動(dòng)作。
聚合液晶有助于染料的取向。實(shí)際上，采用聚合液晶允許使用其原樣并非晶體的染料。染料單元5可以是非反應(yīng)性的，意味著這些單元在聚合液晶中作為分子分散。備選地或額外地，染料單元5可共價(jià)地連接到聚合液晶。這可采用具有一個(gè)或多個(gè)能夠與可聚合液晶(聚合液晶由其獲得)的反應(yīng)性基團(tuán)共反應(yīng)的反應(yīng)性基團(tuán)的染料而實(shí)現(xiàn)。
聚合液晶還有助于箔的動(dòng)作，尤其是若曝光在聚合物的Tg以上進(jìn)行。在Tg以上，聚合液晶具有足夠柔性以使其取向被染料擾亂，進(jìn)而造成箔的膨脹和收縮。
作為棒狀(桿狀)聚合液晶的替代，還可采用結(jié)合碟形染料的碟形聚合液晶。碟形結(jié)構(gòu)單元的展曲取向在垂直側(cè)展示了在所有側(cè)向的收縮，和在平面?zhèn)日故玖嗽诘闹行妮S方向的膨脹和在其垂直側(cè)向尺度的收縮。
原則上，在曝光時(shí)可改變形狀的任何染料適用于根據(jù)本發(fā)明的箔。本領(lǐng)域中已知很多實(shí)例。可采用依賴于光致裂解或光致消除以改變形狀的染料，實(shí)例可在US5668614中找到。
為獲得染料形狀的可逆變化，可采用光可異構(gòu)化染料。這些染料本身在本領(lǐng)域中已知。尤其合適的是順-反(E-Z)光-可異構(gòu)化的那些。
染料可以是碟形。染料也可由棒狀部分形成。染料可分散于各向異性取向的聚合物如聚合液晶或單軸延伸的聚合物中。
合適的棒狀染料是式I之一 其中X、Y、X’和Y’相同或不同地是C或N；k＝0或1；R1和R2相同或不同地是間隔基，例如尤其是H，鹵素，CN，CF3，N(R)2，C1-20烷基或烷氧基，或苯基。優(yōu)選X＝Y(jié)＝X′＝Y(jié)′＝N。
當(dāng)反式異構(gòu)體暴露于合適波長(zhǎng)的光時(shí)，形成順式異構(gòu)體。順式異構(gòu)體通常并非棒狀而是彎曲的。
若順式異構(gòu)體暴露于這樣的光該異構(gòu)體對(duì)該光的吸收比反式異構(gòu)體更多，則順式異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為反式異構(gòu)體。為幫助異構(gòu)化，可提供加熱。
可采用在末端位置具有可聚合基團(tuán)如(甲基)丙烯酸酯、硫醇烯(thiolene)、環(huán)氧化物、或乙烯基醚的間隔基來制備這些染料的可聚合變體。也可采用除了順-反異構(gòu)體以外的異構(gòu)體，例如式IIa和IIb的α-亞肼基-β-酮酯。
式I、IIa和IIb中的苯環(huán)可以是未取代或(進(jìn)一步)取代的，從而例如調(diào)諧發(fā)生一種異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為另一種異構(gòu)體的波長(zhǎng)。
兩種異構(gòu)體的吸收譜通常不同。這種不同可用于使得光-異構(gòu)化可逆。由此，將順式異構(gòu)體暴露于該順式異構(gòu)體選擇性吸收的波長(zhǎng)則形成反式異構(gòu)體，反之亦然?？刹捎眉訜醽韺⒏吣墚悩?gòu)體(通常為反式)轉(zhuǎn)化為低能異構(gòu)體(通常為順式)。
作為互變異構(gòu)體存在的染料也是適用的。
優(yōu)選偶氮苯染料，如式I的染料，其中X＝Y(jié)＝N和/或，若k＝1，X’＝Y(jié)’＝N。
眾所周知，偶氮苯染料是高度吸收性染料并且可獲得很多種類。偶氮苯染料通常是棒狀，使得這種染料容易原樣地或與其它材料(例如可聚合液晶或液晶聚合物)結(jié)合而各向異性地取向。
染料可以與其它材料結(jié)合。例如若染料原樣并非液晶并且不能原樣取向，則這是合適的。為幫助取向，染料可以在各向異性取向的聚合物中分散。聚合材料具有的優(yōu)異彈性允許了大幅度的動(dòng)作，并且與無機(jī)箔相比，便于制備并且節(jié)約成本，無論該箔面積大(例如表面面積在約0.01-1m2級(jí)別或更大)，還是該箔面積小，此處“小”是指微米-毫米范圍。聚合物可以是直鏈或(輕微)交聯(lián)的聚合物。術(shù)語“聚合材料”或“聚合物”包括寡聚物、均聚物、共聚物、三元共聚物和更高級(jí)同系物、直鏈聚合物、側(cè)鏈和主鏈、聚合物共混物。
合適的聚合物可具有的彈性模量可以高，例如約1GPa或以上，可以低，例如約10MPa或以下，在本領(lǐng)域稱作彈性體或更具體而言液晶彈性體。對(duì)于很多應(yīng)用而言，約5MPa-約2GPa的模量是合適的。
各向異性取向的聚合材料原樣在本領(lǐng)域中已知，且包括單軸或雙軸延伸的聚合材料。
也可采用聚合液晶。這些材料原樣在本領(lǐng)域中已知并且包括液晶聚合物和通過聚合可聚合液晶獲得的聚合物。可聚合液晶通常是帶有一個(gè)或更多可聚合基團(tuán)的液晶。若具有兩個(gè)或更多可聚合基團(tuán)，則獲得交聯(lián)聚合液晶。
可聚合液晶可以是光可聚合的和/或可交聯(lián)的。優(yōu)選的可聚合液晶是(甲基)丙烯酸酯、硫醇烯、乙烯基醚、氧雜環(huán)丁烷、和環(huán)氧化物。
染料可作為單獨(dú)物質(zhì)分散或與聚合物共聚。若聚合物通過聚合可聚合液晶而獲得，則可聚合染料可用于獲得具有共聚染料的聚合物。
勿需指出的是，染料本身可以是聚合液晶。
合適的可聚合染料是式I的那些，其中R1和/或R2是(光-)可聚合基團(tuán)。實(shí)例包括以下染料 液晶單體染料4 液晶單體染料5 液晶單體染料6合適的可聚合LC染料的其它實(shí)例由Ikeda等人公開，如上。
在附圖1所示的實(shí)施方案中，箔由單一層形成，其中該染料是展曲取向的。該展曲取向僅是在橫截于層的取向方向上逐漸變化的一個(gè)實(shí)施方案。展示了在橫截于箔的取向方向上的變化的單一層的另一實(shí)施方案是扭曲向列取向。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，柔性箔具有扭曲向列取向。通過利用偏振光，且取決于箔的延遲，具有扭曲向列取向的箔可被制成朝向或背離偏振光源彎曲。
在單一層中的逐漸變化也可通過采用取向度的變化而實(shí)現(xiàn)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，取向可從在一個(gè)主要表面的平面或垂直取向逐漸變化到在其相對(duì)的主要表面的各向同性取向。
在一個(gè)實(shí)施方案中，染料依照某濃度梯度分散于箔中，例如在一個(gè)主要表面為高濃度和在其相對(duì)的主要表面為低濃度。
作為在單一層中實(shí)施的變化的替代，該變化也可采用疊層實(shí)現(xiàn)。在堆疊的各層中，取向(方向或度)和/或濃度可以是恒定或變化的。
以簡(jiǎn)單形式，疊層由兩層組成，至少其一包括各向異性取向染料。其它層則可以是染料濃度較低的層，優(yōu)選完全沒有染料的一層。其它層可具有這樣的染料，其取向程度較低，或更具體而言各向同性地取向。其它層也可含有以不同方向各向異性地取向的染料。例如，至少一層可以是以一個(gè)側(cè)向平面取向，且另一層以所述一個(gè)側(cè)向的垂直方向平面取向。該其它層還可垂直取向。
勿需指出的是，為實(shí)現(xiàn)多層實(shí)施方案，也可采用適于獲得展曲取向箔1的材料。例如，可使用棒狀和碟狀染料以及液晶。
箔的厚度并不關(guān)鍵，當(dāng)制備的箔更薄時(shí)，動(dòng)作幅度通常增加。對(duì)于很多應(yīng)用而言，約2mm或更低的厚度是合適的，低于約1mm或低于約500μm的厚度也是有益的。例如在微機(jī)械應(yīng)用中，厚度可以更低，例如0.01μm-約100μm。
不具有恒定厚度的箔例如楔形箔對(duì)于一些應(yīng)用也是有益的。
箔的寬度和長(zhǎng)度并不關(guān)鍵，并且基本上由應(yīng)用確定。寬度和長(zhǎng)度可以是約1μm-約1m范圍內(nèi)的任何值。微機(jī)械箔的長(zhǎng)度和寬度為約1μm-約1000μm。
根據(jù)本發(fā)明的柔性箔將光轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)作。該機(jī)械動(dòng)作可用于移動(dòng)物體或?qū)ξ锛┝蚩捎糜谑惯x定空間區(qū)域之間的可動(dòng)作檔板(閥門)直立。在所有這些情況下，有利的是將柔性箔附于結(jié)構(gòu)物，例如相對(duì)于箔的動(dòng)作固定的基材。
柔性箔可具有一個(gè)或多個(gè)不同部分，其可單獨(dú)地或一致地通過光而動(dòng)作。
箔可經(jīng)由箔的內(nèi)部部分附于結(jié)構(gòu)物，允許附著點(diǎn)兩側(cè)上的(協(xié)調(diào))動(dòng)作。備選地，箔的末端部分可附于結(jié)構(gòu)物，從而使得箔動(dòng)作幅度最大化。其任何結(jié)合也是可能的。若需要的話，此外該結(jié)構(gòu)物可包括引導(dǎo)和/或支撐部件，其引導(dǎo)和/或支撐箔或其動(dòng)作。當(dāng)附于表面時(shí)，箔可與該表面形成任何角度；其可垂直或基本上平行于該表面而附著，任選地經(jīng)由升高的支撐物。
根據(jù)本發(fā)明的箔具有很多應(yīng)用。
其可用作致動(dòng)器，這是用于移出物件或?qū)⑵渌锛糜谶\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的設(shè)備。通過將金屬物件附于箔將該動(dòng)作可轉(zhuǎn)化為電能，并將金屬物件移入和移出線圈。線圈中的感應(yīng)產(chǎn)生電流。該箔還可用于施力。具體而言，若箔相對(duì)于壓電物質(zhì)施力，若使該箔相對(duì)于壓電物質(zhì)施力，則可產(chǎn)生電壓。
在另一實(shí)施方案中，箔作為閥門，通過非機(jī)械方式其可在開放和閉合狀態(tài)之間可逆地動(dòng)作(可切換)。這種閥門，其在廣泛意義上可被認(rèn)為是分隔選定空間區(qū)域的可動(dòng)作檔板，具有很多有趣用途。在第一用途中，該閥門是將例如氣體或液體或輻射(如光)的物質(zhì)關(guān)在外面或封在里面的開閉器(shutter)或閉合裝置。該開閉器可用于將結(jié)構(gòu)物屏蔽于環(huán)境物質(zhì)例如氣體或液體或輻射。備選地，該閥門可用作防止物質(zhì)或輻射逃逸進(jìn)入環(huán)境的裝置。特別是該閥門可形成容器的閉合裝置。這種容器可例如含有治療活性化合物，該化合物隨后可通過光而以受控方式釋放。并且，該閥門可用作控制光的傳播或反射。在后者情況下，閥門可遮掩或暴露光反射性排列表面或其自身可為反射性的。用于光學(xué)通信系統(tǒng)的具有集成光學(xué)設(shè)備和光致動(dòng)器的智能窗(smart windows)是根據(jù)本發(fā)明的箔的合適應(yīng)用。
在很多應(yīng)用中，理想的是使多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的箔根據(jù)所需模式排列在單一基材上。若各個(gè)這種箔分別可非機(jī)械地動(dòng)作，則可實(shí)現(xiàn)例如顯示器的應(yīng)用。
實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的獨(dú)立式柔性箔如下生產(chǎn)制備如下組成的可聚合液晶-30wt％LC單體1-30wt％LC單體2
-38wt％偶氮苯反式異構(gòu)體，LC單體染料4-2wt％光引發(fā)劑，由Rose Bengal和N-苯基甘氨酸的1∶1 w/w混合物組成。
可聚合LC單體1 可聚合LC單體2可聚合液晶溶解于甲苯中，以獲得20重量份的溶液。該溶液旋涂在具有摩擦聚酰亞胺層的玻璃板上。摩擦層引起平面取向。本領(lǐng)域中已知當(dāng)可聚合LC單體2以有效量加入液晶組合物時(shí)，其在液晶空氣表面引起垂直取向。在旋涂之后，該膜被加熱到80℃，并且在該溫度保持5分鐘。在此期間甲苯蒸發(fā)并且可聚合液晶混合物以單疇結(jié)構(gòu)排列。這樣所獲得的膜具有約2μm厚度(通過調(diào)節(jié)濃度和旋轉(zhuǎn)條件，可以做得更薄或更厚；更薄的膜通常很脆并且難以以獨(dú)立方式處理)。在基材附近的取向方向的膜長(zhǎng)度是10mm，且寬度為2mm。在冷卻該濕膜至30℃時(shí)，可聚合液晶，且進(jìn)而作為其組分的LC單體染料4，成為展曲取向，在聚酰亞胺表面平面取向且在空氣表面垂直取向。在30℃，可聚合液晶膜的聚合是通過暴露于氮?dú)夥罩芯哂?20nm的截止濾光器的白光。該截止濾光器用于抑制聚合期間的E-Z異構(gòu)化；E-Z異構(gòu)化不利地影響有序度。
選擇光引發(fā)劑的組成使得在這些暴露條件下幫助聚合但防止LC單體染料4的E-Z異構(gòu)化。
聚合之后，獲得聚合液晶層。將該層從基材剝離以產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的柔性獨(dú)立箔。獨(dú)立箔略微彎曲，曲率半徑為240mm。既然展曲取向在聚合期間得以保持，則該柔性箔具有展曲取向。在與基材接觸的主要表面，目前的聚合偶氮苯染料平面取向，而在相對(duì)表面，偶氮苯染料的取向是垂直的。
為測(cè)試柔性箔是否可動(dòng)作，將獨(dú)立柔性箔暴露于20cm距離外的Philips SP10燈發(fā)出的365nm波長(zhǎng)的光。在20秒的暴露時(shí)間內(nèi)，柔性箔彎曲為卷起狀態(tài)，彎曲半徑為11mm。將該卷起的箔加熱到120℃且隨后冷卻到室溫，引起箔伸展為彎曲半徑約220mm的狀態(tài)，這非常接近于初始曲率。
彎曲和伸直過程可以重復(fù)多次，進(jìn)一步論證了柔性箔的可逆可動(dòng)作性。
權(quán)利要求
1.一種可通過光動(dòng)作的柔性箔，該箔包括在吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)能夠改變形狀的染料，該染料在箔的至少一個(gè)主要表面附近各向異性地取向，并且顯示了橫截于該箔的濃度和/或取向的不對(duì)稱變化，使得當(dāng)吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)該箔動(dòng)作。
2.權(quán)利要求1所述的柔性箔，其中當(dāng)吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)染料能夠從第一形狀變化為第二形狀，且能夠通過波長(zhǎng)與預(yù)定波長(zhǎng)不同的光或通過加熱或其結(jié)合從第二形狀變化到第一形狀，使得箔能可逆地動(dòng)作。
3.權(quán)利要求2所述的柔性箔，其中染料是光可異構(gòu)化染料。
4.權(quán)利要求3所述的柔性箔，其中染料是偶氮苯染料。
5.權(quán)利要求1、2、3或4所述的柔性箔，其中染料分散于聚合液晶中。
6.權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的柔性箔，包括疊層，層的染料濃度和/或取向在該堆疊的不同層之間不相同。
7.權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的柔性箔，其中染料的濃度和/或取向逐漸變化。
8.權(quán)利要求7所述的柔性箔，其中染料展曲取向，在箔的一個(gè)主要表面附近平面取向，而在相對(duì)于這個(gè)主要表面的另一主要表面附近垂直取向。
9.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的柔性箔，其中柔性箔附于相對(duì)于箔的動(dòng)作固定的結(jié)構(gòu)物。
10.權(quán)利要求9所述的柔性箔，其中柔性箔是可在閉合和開放狀態(tài)之間切換的閥門。
全文摘要
一種可通過光動(dòng)作的柔性箔，該箔包括在吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)能夠改變形狀的染料。該染料分散于箔中，使得在箔的至少一個(gè)主要表面附近染料各向異性地取向。橫截于該箔，染料濃度和/或取向不對(duì)稱變化。濃度和/或取向的不對(duì)稱變化使得當(dāng)暴露于預(yù)定波長(zhǎng)的光時(shí)該柔性箔動(dòng)作。當(dāng)暴露時(shí)，染料改變形狀，該形狀改變引起箔的側(cè)向尺度的改變，由于染料濃度和/或取向的變化，該側(cè)向尺度的變化在箔的不同位置并不相同。這引起該柔性箔動(dòng)作，更具體地為彎曲。在特定實(shí)施方案中，該動(dòng)作是可逆的。
文檔編號(hào)B81B3/00GK1914296SQ200580003867
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月4日
發(fā)明者D·J·布羅爾, C·M·R·德維特茨, G·N·莫爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司