清华大学吉岩课题组《Nat. Commun.》:成型后调控液晶弹性体驱动器的驱动温度
2023-06-15 来源:高分子科技
液晶弹性体(LCEs)能够在热、光、电等刺激下,在液晶相-各向同性相转变时,可以发生显著的可逆变形。作为优异的软驱动器材料,其在人工肌肉、柔性机器人、可穿戴设备等领域具有广阔的应用前景,近年来液晶弹性体的发展非常迅速。一般情况下,驱动温度由液晶相-各向同性相转变温度(Ti)确定,材料合成之后,其驱动温度已经确定无法改变。驱动温度的调控需要改变材料的分子设计,从合成开始改变材料的化学组成,从而改变Ti, 才可以获得不同的驱动温度。
图1. 液晶弹性体在退火温度(Ta)分别为110°C(Ta < Ti0)和180°C (Ta > Ti0)时Ti随时间的变化
以含酯键的液晶类玻璃高分子xLCE-BP为例,文章展示了通过动态酯交换反应和退火共同作用,可以实现对xLCE-BP的Ti进行大幅度的调控。如图1所示,差示扫描量热法(DSC)数据显示,退火温度(Ta)小于初始Ti(Ti0)时,xLCE-BP的Ti会升高;相反,退火温度小于初始Ti0时,xLCE-BP的Ti值随着退火时间的增加而降低。随着退火时间的延长,Ti峰逐渐变宽,最终几乎与玻璃化转变重叠。而且退火温度越高,Ti降低速度越快。例如,从DSC升温曲线看,在Ta= 140℃下5天,Ti从114 ℃下降到89 ℃,高于相同xLCE-BP在180℃下退火4天获得的77℃。
图2.Ti的可逆调控
图3 同一种组成的xLCE-BP通过退火获得5种具有不同驱动温度的驱动器
全文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-39238-2
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