清华危岩教授/北大陈尔强教授/清华吉岩副教授《Adv. Mater.》:可自发长成驱动器的弹性体
2023-01-07 来源:高分子科技
众所周知,当弹性体被拉伸并固定两端时,其长度将保持不变。无论这一过程是弹性形变还是塑性形变,当撤去外力后,弹性体不会超过变形时达到的长度(图1)。另一方面,从弹性体到柔性驱动器的加工过程往往需要外界刺激或能量输入。很少有合成材料能脱离这两个范畴。
图1. 典型的弹性形变和塑性形变以及自伸长过程
图2. 弹性体的合成与自伸长过程做功
图3.异常相的表征
作者们在其他LCE中没有观察到上述自伸长现象(图3a)。可自伸长的LCE退火后的样品呈白色样品,只有在加热下才表现出明显的双折射(图3b、3d),而正常液晶在低温下才表现出双折射。伸长后,其双折射仍然比正常的单畴LCE弱得多。广角X射线散射(WAXS)表明这种异常相可能是该LCE的稳定基态,且其液晶畴可能非常小。通过跟踪自伸长过程,作者们推测机理如下:在新制备的样品拉伸过程中产生了内应力并储存了能量,随着时间的推移,在存储能量释放的驱动下,液晶畴取向的内部能垒被慢慢克服,同时出现低双折射的异常相态;将预拉伸的状态保持数小时后,液晶畴的取向度增加,使得弹性体样品的自然长度增加,产生自伸长现象。此外,当LCE开始伸长时,分子链形成的发夹结构可以“冻结”中间状态并固定弹性体的形状,因此撤去外力不影响继续伸长。此时存储的能量仍然存在,这是液晶畴持续取向和材料自伸长的主要驱动力。
图4.酯交换的证明
图5. 通过自伸长获得的多种柔性驱动器
文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209853
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