热致收缩液晶弹性体材料性能

关键词：液晶；液晶弹性体；热致收缩形变
中图分类号：TN141.9；TP211.6
文献标识码：A
文章编号：1672-9870(2011)03-0110-03
Thermo-responsive Contraction of Liquid Crystal Elastomer
SONG Jing，LI Hong-liang，LIU Shao-yun
到原取向状态，实现形变的可逆循环。
收稿日期：2011-06-12 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （50703039） 作者简介：宋静 （1977-），女，博士，主要从事聚合物分散液晶光栅器件与材料化学方面的研究。
第三期
宋静，等：热致收缩液晶弹性体材料性能研究
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受热时应在垂直于栅状结构的方向（如图 3 所示 X 轴方向）上产生收缩形变。加热形变前弹性体中的 液晶处于向列相态，液晶分子沿 X 轴方向排列，加热 至一定温度后液晶处于各向同性态，液晶分子的指 向矢发生变化，有序度降低。从而产生收缩。
图 1 液晶弹性体自发形变示意图 Fig.1 Conformation of LC elastomers in the
nematic and isotropic.
2 实验
本实验配制的样品是由具有双官能度的聚二烯 丙基二甲基氯化铵（poly diallyldimethylammonium chloride，PDDA）和具有五官能度的二季戊四醇羟 基 五 丙 烯 酸 酯 (Dipentaerythritol Pentaacrylate， DPHPA)的单体材料以一定 1：1 混合形成平均官能 度为 3.5 的单体基质，质量百分含量为 48.5wt%；液 晶材料 TEB30A(n0=1.522，Δn=0.1703，质量百分含 量为 36 wt%)；交联单体 N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinylpyrrolidone，10wt%)、少量的玫瑰红(Rose Bengal，0.5 wt% ) 和 共 引 发 剂 N- 苯 基 甘 氨 酸 (N-phenylglycine，2 wt%）添加到混合物中；添加少 量邻苯二甲酸二正辛酯（DOP）（AR 级，上海试剂公 司，3wt%）。将混合后的样品搅拌均匀，注入到厚度 为 20μm 的液晶盒中。实验中采用全息方法制备液 晶弹性体薄膜。
目前研究的单畴液晶弹性体的自发可逆形变大
多数都是热致型的［4，5］，其热弹性行为具体表现为：
在温度较低时，试样的长度保持不变，此时弹性体处
于向列态。当温度接近向列—各向同性转变温度
(TNI)时，试样长度开始缓慢缩短，在向列态向各向同 性态转变时，试样长度急剧缩短。从高温冷却时，变
化过程是相反的，在各向同性态—向列态转变处，试
液晶材料在光学领域已经得到广泛的应用，然 而与其紧密相关的液晶弹性体材料作为一种新型的 智能材料的研究正逐渐引起人们的重视。液晶弹性 体(liquid crystal elastomer，LCE)是指非交联型液晶 聚合物经适度交联，并在各向同性态和液晶态的转 变过程中显示弹性的聚合物，既具有液晶各向异性 同时又具有聚合物网络的弹性［1］。自 1991 年 Finkelmann［2］等首次合成液晶弹性体以来，液晶弹性体 的研究一直是液晶聚合物研究领域中的热点。其在 人工肌肉、纳米机械、形状记忆、显示技术等方面有 潜在的应用价值［3，4］。美国 NASA 研究中心、英国剑 桥大学、德国、法国、日本等国多家研究机构在九十 年代初期就从事了液晶弹性体在人工肌肉方向的应 用研究。按照外场的刺激作用，液晶弹性体可分为 化学刺激导致形变的液晶弹性体、光致形变液晶弹 性体、电致形变液晶弹性体、热致形变液晶弹性体。
样长度急剧增加。如图 1 所示：
表示液晶基
元，
表示柔性分子链，在聚合物链中引入液
晶基元后，在温度较低的状态下，弹性体材料处于向
列相状态，随温度升高，液晶基元发生从向列相到各
项同性相的转变，诱导聚合物链随液晶基元产生形
变 ，即 沿 液 晶 基 元 分 子 长 轴 方 向 上 的 长 度 发 生 变
化。当温度降低时，由于弹性体作用，液晶基元恢复
(Changchun University of Science and Technology，School of Materials Science and Engineering，Changchun 130022)
Abstract：There is an increasing intrerest in liquid crystal elastomers as smart materials. Uniaxial contraction of a free standing film of the material can be achieved by heating the film through the nematic to isotropic phase transtion. In this paper， liquid crystal elastomer was fabricated through holographic exposure setup. By using POM， we could observe grating structure and polarization. Liquid crystal elastomer films were capable of producting 12% contraction at the nematic-to-isotropic phase transition. Keywords：liquid crystal，liquid crystal elastomer，thermo-responsive contraction
宋静，栗宏亮，刘少云
(长春理工大学 材料科学与工程学院，长春 130022)
摘 要：液晶弹性体材料作为一种新型的智能材料引起了人们的广泛兴趣。热致液晶弹性体薄膜可以在相变温度处产生收
缩形变。实验中采用全息曝光的方法制பைடு நூலகம்了具有栅状结构的热致液晶弹性体薄膜材料。通过偏光显微镜对弹性体薄膜的光
栅结构、偏光特性进行检测。对该液晶弹性体薄膜的热致收缩性能进行测试，其热致收缩形变率为 12%。
第 34 卷第 3 期 2011 年 9 月
长春理工大学学报 （自然科学版）
Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition）
Vol.34 No.3 Sep.2011
热致收缩液晶弹性体材料性能研究