液晶弹性体刺激形变研究

液晶弹性体刺激形变研究 Vol . 20 No . 1 第 20 卷 第 1 期化学进展 PROGRESS IN CHEMISTRY 2008 年 1 月 J an. , 2008 3 液晶弹性体刺激形变研究 3 3 徐婉娴尹若元林 里俞燕蕾 ()复旦大学材料科学系 上海 200433 摘 要 开发可以通过外部刺激产生机械形变的人工致动材料是近年来的研究热点 。其中 ,液晶弹性 体因结合了聚合物网络的橡胶弹性和液晶的有序性而具有独特的性质 ,在热 、光 、电等的外界刺激下可以产 生可逆的形状记忆效应 。本文综述了液晶弹性体响应多种外界刺激产生各种形变的行为 ,主要介绍了有关 热致形变液晶弹性体 、电致形变液晶弹性体 、化学刺激导致形变的液晶弹性体及光致形变液晶弹性体的研究 进展 ,阐述了各类液晶弹性体产生形变的机理包括热致 、电致和光致相转变 ,讨论了影响其响应性能的主要 因素 ,并展望了这一领域的发展前景 。 关键词 液晶弹性体 热致形变 电致形变 光致形变 + () 中图分类号 : O753 . 2 ; TB381 文献标识码 : A 文章编号 : 10052281X20080120140208 Stimuli2Responsive Def ormation of Liquid2Crystalline Ela stomers 3 3 Xu Wanxian Yin Ruoyuan Lin Li Yu Yanlei ()Department of Materials Science , Fudan University , Shanghai 200433 , China Abstract There has been considerable effort to develop artificial actuator materials that can generate large mechanical deformation induced by external stimuli . Among these materials , liquid crystalline elastomers have unique properties because of combining the rubber elasticity of the polymer network and the orientational ordering of liquid2 crystalline moieties , and show reversible shape2recovery effects with shape memory induced by heat , light , electric field and so on. Here several kinds of stimuli2responsive deformation behavior of liquid2crystalline elastomers are reviewed. The progress on deformable liquid2crystalline elastomers in response to various external stimuli such as temperature , electric field , chemical stimulus , and light is mainly introduced. The mechanism of the deformation including thermal2 induced , electric2field2induced and photoinduced phase transition is described , and the dominating influence factors of their responsive performance are discussed. The potential applications of liquid2crystalline elastomers are also prospected. liquid2crystalline elastomers ; thermal2induced deformation ; electric2field2induced deformation ; Key words photoinduced deformation 向异性和聚合物网络的橡胶弹性 ,因此具有良好的 1 引言 外场响应性 、分子协同作用和弹性 。液晶弹性体可 () 液晶弹性体 LCE是指非交联型液晶聚合物经 () 以在外场 电场 、温度 、光等的刺激下通过改变介晶 适度交联 ,并在各向同性态或液晶态显示弹性的聚 基元的排列而产生形状的变化 。例如 ,把向列相液 1 合物。根据介晶基元的排列模式不同 ,液晶弹性 晶弹性体薄膜加热到接近相转变温度时 ,向列相的 体可分为向列相液晶弹性体 、近晶相液晶弹性体及 有序度降低 ,当到达相转变温度时 ,液晶弹性体进入 胆甾相液晶弹性体等 。液晶弹性体结合了液晶的各 基本无序的各向同性相 。相转变过程中的这种分子 收稿 : 2007 年 2 月 , 收修改稿 : 2007 年 4 月 () () () 3 国家自然科学基金项目 No . 20404001、上海市曙光计划 No . 05SG07和青年科技启明星计划项目 No . 06QA14009资助 3 3 通讯联系人 e2mail :ylyu @fudan. edu. cn Terentjev聚合物网络的弹性之间的偶合密切相关 。排列变化能够引发液晶弹性体薄膜产生沿着介晶基 9 ,10( ) 等 元取向方向的收缩 。当温度降低使薄膜从各向同性 确立了近晶相有序参数 S 和聚合物网络的 ( ) () ( ) ( ) 相 I回到向列相 N时 ,液晶弹性体又恢复到最初 高分子链的各向异性 A 之间的关系 : S = A - 1Π () ( ) 的尺寸 图 1。此外 ,在电场作用下 ,介晶基元的再 A + 2,其中 A 由平行于和垂直于取向方向的基本 取向也可导致液晶弹性体发生形变 。当光致变色分 步长的比值示 , 即 A = R ΠR 。在 近 晶 相 , 这 一 ?? 比值远大于 1 ,但经过 LC2I 的相转变后由于高分子 () 子 如偶氮苯被引入到液晶弹性体中 ,在光照下光 链呈无规线团构型使得比值接近于 1 , 导致聚合物 致变色基团发生的光化学反应能够引起液晶弹性体 11 材料沿着液晶弹性体取向轴收缩 。Terentjev 等还 的有序度降低 ,甚至促使其发生相转变 ,从而导致液 报道了另外一种液晶弹性体 ,由侧链型液晶单体和 晶弹性体的收缩甚至是弯曲 。液晶弹性体的这种外 作为交联剂的主链型液晶单体共同与聚硅氧烷反应 界刺激下的可逆形变使得其在微型致动器 、人工肌 () 制备而成 图 3。由于主链上的介晶基元与聚合物 肉等方面显示了广阔的应用前景 。过去已有一些关 网络的直接偶合作用 ,使得液晶弹性体随着交联度 2 3 4 的增加 在 相 转 变 过 程 中 的 形 变 量 增 大 , 最 高 达 到 于液晶弹性体的中文综述 , 如 Deng、Ling、Liu 350 % 。等人着重介绍了液晶弹性体的合成 、结构及物理性 质等方面的研究进展 。本文则侧重于阐述液晶弹性 体作为一类新型的形状记忆材料在各种外界刺激下 产生的形变响应 ,综述了热致形变液晶弹性体 、电致 形变液晶弹性体及光致形变液晶弹性体等方面的研 究进展 。 8图 2 二次交联法制备液晶弹性体示意图 Fig. 2 Reaction scheme of the preparation of LCEs by two2step 8 method 图 1 液晶弹性体的热致形变示意图 Fig. 1 Schematic representation of thermal2induced deforma2 tion of LCEs 2 热致形变液晶弹性体 液晶弹性体的概念由 de Gennes 在 1975 年首次 5 提出。他还进一步指出单畴向列相液晶弹性体的 形状强烈依赖于有序度 ,而有序度是温度的数 ,因 此在各向同性相到向列相的相转变温度范围内 ,温 度的细微降低可以导致液晶弹性体在保持体积基本 恒定的基础上发生大尺度的单轴形变 ,从而产生热 6 机械效应。 图 3 合成主链上含有介晶基元的液晶弹性体所需化合 117 ,8 物的化学结构式通过二次交联法制备1981 年 Finkelmann 等 Fig. 3 Chemical structures of the compounds used in the ( ) 出世界上首例液晶弹性体 图 2。他们还首次报道 11 preparation of LCEs with the mesogens on the main chains 了单畴液晶弹性体被加热到液晶相到各向同性相的 12 相转变温度时会沿着取向轴自发收缩 ,收缩率达到 Broer 等报道了具有扭曲取向或展开取向的 8 26 %。这种各向异性的形变由相转变过程中微观( ) 胆甾相液晶弹性体薄膜的温控形变行为 图 4。扭 有序度的降低所致 ,同时也与介晶基元的有序度和曲取向的薄膜由于取向复杂 ,产生相对复杂且难于 化 学进 展20 卷第 〃142 〃 控制的马鞍状形变 。而展开取向的薄膜取向形式简 单 ,形变相对平滑且容易控制 。正是因为各向异性 聚合物的热膨胀性与分子结构和聚合条件有关 ,造 成了 具 有 不 同 取 向 的 薄 膜 的 热 致 形 变 行 为 有 所 不同 。 图 5 制 备 腰 挂 式 液 晶 弹 性 体 膜 所 需 单 体 的 化 学 结 构 14 式 Fig. 5 Chemical structures of the monomers used in the 14preparation of side2on LCE films 联后得到 。其相转变过程中的应变达到了 35 % ,收 16 缩力接近 300 kPa 。Li 等首次合成了类似肌肉的 ( ) 具有层状结构的三嵌段液晶弹性体共聚物 图 6, () ( ) 图 4 制备具有扭曲 a和展开 b分子取向的液晶弹性 并通过改变温度使其产生了 18 %的收缩 。该研究 12 体膜所需单体的化学结构式表明合成具有精确结构及单一分子量分布的嵌段共 Fig. 4 Chemical structures of the monomers used in the 聚物是得到三嵌段弹性体人工肌肉的关键步骤 。 () ( )preparation of the LCE films with a twisted aor a splayed b 17 Keller 等 利用光刻胶技术成功制备了微米尺 12molecular alignment ( ) 寸的液晶弹性体圆柱矩阵 图 7。所使用的软模具 13 3 ( ) Hiraoka 等报道了单畴手性近晶相 SmC 液 是对紫外光不存在吸收且易于去除的聚二甲基硅氧 晶弹性体的双轴形状记忆效应 。他们将已经经过第 一次交联的液晶弹性体在机械剪切场作用下进行第 二次交联 ,保留其近晶 C 相的分子排列 。在升温过 ( ) 程中 ,近晶 C 相到近晶 A 相 SmA的相转变引起了 分子倾斜度的改变 ,从而使液晶弹性体产生剪切形 变 ;近晶 A 相到各向同性相的转变则导致了液晶弹 性体的收缩 。在降温过程中 ,液晶弹性体的这种双 轴形变能够可逆地恢复 。这说明该类液晶弹性体薄 膜具有 双 轴 记 忆 效 应 的 宏 观 特 性 。样 品 观 察 和 X 射线之间的一致性表明 ,与近晶 C 相液晶弹性 体薄膜的形状相关的宏观对称性和液晶相所致的微 观局域对称性密切相关 。 因为骨骼肌是沿着肌肉纤维轴的方向各向异性 地伸缩的 ,所以大量的研究致力于利用液晶弹性体 14 制备人工肌肉这一领域 。Ratna 和 Naciri 等合成 ( ) 了具有腰挂型侧链介晶基元的液晶弹性体 图 5,() 图 6 a腰挂式向列相液晶单体和其他所使用单体的 并研究了其在 N2I 相转变过程中的热弹性 。发现液 ( ) 化学 结 构 式 ; b可 作 为 人 工 肌 肉 的 三 嵌 段 共 聚 物晶弹性体在相转变过程中产生了 35 % —40 %的 大 RNR ,其中 R 表 示 交 联 的 弹 性 体 嵌 段 , N 表 示 向 列 相 嵌 16 段 幅度收缩 ,收缩力达到了 270 kPa ,与肌肉的收缩力 () Fig. 6 aChemical structures of a side2on nematic monomer 大致相当 。 他们还制备了介晶基元高度取向的液 ( ) and other used monomers ; bA striated artificial muscle based 晶弹性体 15on a triblock copolymer , RNR. R , crosslinked elastomer 纤维 。此纤维由侧链端基含有部分羟基基团的 16 block ; N , nematic block 三元线形液晶聚合物和二异氰酸酯类化合物反应交 烷 。为了使圆柱体产生大尺度的形变 ,在聚合之前,再取向导致的形变与取降低 。基于软弹性的概念 施加一永久磁场使介晶基元在磁场的作用下沿着圆 向的旋转角存在函数关系 。 柱体的长轴取向 。在惰性气氛中将软模具压入熔融 的样品中使样品填满模具的内部空间 ,在向列相进 μμ行光聚合 ,得到了直径为 20m 、高度为 100m 的液 晶弹性体圆柱矩阵 。将圆柱体切下 ,加热到相转变 温度以上 ,圆柱体产生了 30 % —40 %的收缩 。当温 度重新降低到相转变温度以下时 ,圆柱体可以恢复 到最初的尺寸 。这种微米级的致动器有望用于制备 可个别控制的人工肌肉单元 。 () ( ) () 图 8 a液晶单体 MP及向列相溶剂小分子 5CB的 ( ) 化学结构式 ; b向列相凝胶处于两种极端取向状态下18的示意图 () Fig. 8 aChemical structures of the reactive mesogenic () () ( ) monomer MPand the nematic solvent 5CB; bSchematic 18 representation of the nematic gels in two extreme states () ( ) 图 7 a制备圆柱状液晶弹性体的实验装臵 ; b独立 () 圆柱体 直径为 20 mm加热到不同温度时产生沿着其长 铁电液晶弹性体存在压电性及可逆的压电效 ( 轴的 35 %的收缩 从左到右 的 温 度 分 别 是 100 ?、120 ? 应 。对手性近晶相液晶施加一方向为层面方向的电 17) 和 130 ?场 ,介晶基元的取向会发生倾斜 。在由单轴的近晶 () Fig. 7 aExperimental setup used to prepare the responsive A 相转变为铁电性的近晶 C 相时 ,这一效应更加明 ( ) () LCE pillars ; bAn isolated pillar 20 mm diameterheated at 显 ,导致近晶相层厚的减少以及倾斜角的增加 。因 various temperatures exhibits 35 % contraction along its major 17 为样品体积保持恒定 ,厚度的减少伴随着层内介晶() axis from left to right , T = 100 ,120 ,and 130 ? 基 元 的 再 取 向 、质 量 传 输 以 及 侧 面 轮 廓 的 延 长 。 19 Kremer 等 报道了一种新型超薄铁 电 液 晶 弹 性 体 3 电致形变液晶弹性体 膜在极低电场下的快速电致伸缩行为 。在 115 MVΠ 介晶基元在电场作用下发生再取向也会导致液 m 的电场下 ,薄膜的厚度变化达到了 4 % ,对应的倾18 晶弹性体的形变 。Urayama 等报道了采用小分子 θ斜角 为 16?。在外加电场作用下 , 近晶 A 相的侧 液晶溶胀的向列相液晶弹性体 ———向列相凝胶在电 θ链介晶基元发生倾斜 ,且倾斜角 与外加电场的强 () 场作用下介晶基元取向旋转达到 90 ?的过程 图 8, 度成正比 ,从而导致薄膜厚度的变化 。另外铁电液 得到了在机械拉伸作用下无法完成的均一的剪切形 晶弹性体的压电模量高于已经商业化的孔材聚合物 变 。研究表明 ,该凝胶体系只有在取向旋转的平面 等的压电模量 。 发生形变 ,与取向旋转无关的方向尺寸不变 。决定 凝胶发生形变的阈值是电场而不是电压 ,且随着交 4 化学刺激导致形变的液晶弹性体 联度的降低 ,电光效应和电机械效应增强 ,阈值电场 20 Harris 等报道了通过改变 p H 值使液晶弹性 化 学进 展20 卷第 〃144 〃 体发生形变的过程 。此过程基于两个基本概念 : 取,只沿着摩擦方向弯曲 。而且加热和是各向异性的 向的液晶网状结构既有共价键又有二次键如氢键 ; 采用良溶剂溶胀的方法以促进高分子链段的运动对 () 刺激控制的分子可在酸性及中性态之间转换 。共价 实现光致弯曲很重要 图 9。与两维运动模式的光 键的存在保持了分子的有序度 ,有效地冻结了液晶 致收缩相比 ,光致弯曲模式在人工手 、微型机器人的 应用方面更具优势 。 的排列 ,而且氢键的键强足够大 ,使得液晶弹性体能 够承受水的渗透而不发生形变 。然而与碱的中和反 应可以打破氢键 ,因此碱存在的条件下聚合物网络 转变为聚合物盐 ,氢键消失 。聚合物盐降低了向列 ( 相液晶的 有 序 度 , 形 成 了 p H 所 致 的 宏 观 形 变 收 ) 缩。在酸的作用下氢键又能重新形成 ,从而使体系 恢复到最初的尺寸 。由于聚合物盐比氢键存在的聚 合物网络更易吸水 ,在较湿的环境下作为分子致动 器的聚合物盐单元沿着垂直取向的方向溶胀 。当这 些分子致动器相互平行排列时 ,液晶弹性体在垂直 于取向方向上发 生 宏 观 的 大 尺 度 膨 胀 。加 入 少 量 酸 , 体 系 即 失 活 恢 复 到 厌 水 态 , 使 体 系 对 水 不 再 图 9 用甲苯溶胀的偶氮苯液晶弹性体膜的光致弯曲和 敏感 。 28 平展行为示意图 Fig. 9 Schematic representation of the photoinduced bending 5 光致形变液晶弹性体 and unbending behavior of the azobenzene2containing LCE films 将偶氮苯 、1 ,22二苯乙烯 、俘精酸酐等光致变色 28 swelled in toluene分子引入到液晶体系中 ,通过光致变色分子的光化 学反应可等温地引发液晶的相转变 ,即光化学相转 紫外光的照射导致偶氮苯单元发生反式到顺式 21 —23 。如上 所 述 , 液 晶 弹 性 体 具 有 良 好 的 热 弹变 的异构 ,降低了向列相的有序度甚至可以引起向列 性 ,即在热引起的相转变过程中液晶弹性体沿着介 相到各向同性相的转变 。但是 , 偶氮苯单 元 在 360 晶基元的排列方向收缩和扩张 。将此种性质与光化 nm 的吸光系数很大 , 以 至 于 99 %以 上 的 入 射 光 子 学 相 转 变 结 合 就 实 现 了 液 晶 弹 性 体 的 光 致 形 μ被厚度小于 1 m 的表面区域吸收 。上述向列相液 24 —26变 。因为光是一种可被快速 、精确 、远程控制 μ晶弹性体薄膜的厚度一般在 10 —20 m 范围 ,因此 的清洁能源 ,所以光致形变液晶弹性体成为人们研 只有面向入射光的表面区域发生偶氮苯的光异构 , 究的新热点 。出现有序度的降低 ,薄膜本体部分的偶氮苯仍保持 24 Finkelmann 等报道了 以 聚 硅 氧 烷 为 主 链 、偶 反式构象 。这种情况下只有薄膜的表层发生收缩 , 氮苯基团位于交联部分的单畴向列相液晶弹性体在 () 导致薄膜向入射光的方向弯曲 图 10。另外 ,偶氮 紫外光照射下由偶氮苯异构引发的光致收缩行为 。苯单元优先沿着摩擦方向排列 ,因此有序度只沿着 因为液晶分子通过共价交联形成了三维的聚合物网 此方向减少导致了各向异性的弯曲行为 。 络结构 ,偶氮苯的顺反异构与交联网络的偶合导致 27 了液晶弹性体沿着取向轴的单轴收缩 。Keller 等 通过光聚合合成了含偶氮苯的腰挂型向列相液晶弹 性体薄膜 。该薄膜在紫外光的照射下快速收缩 ,收 缩率达到 18 % ,加热使得薄膜恢复原状 。 28 Ikeda 和俞燕蕾等首先报道了含有偶氮苯的 液晶弹性体薄膜的三维运动 ———光致弯曲 ,研究了 29图 10 偶氮苯液晶弹性体膜的光致弯曲机理 紫外光和可见光照射后向列相液晶弹性体薄膜的弯 Fig. 10 Schematic representation of the bending mechanism in 曲和恢复行为 。观察到液晶弹性体薄膜在紫外光的 29the azobenzene2containing LCE films 照射下朝着入射光方向弯曲 ,用可见光照射后薄膜 恢复到最初的平展状态 。他们发现薄膜的弯曲行为 不同交联度的单畴向列相液晶弹性体薄膜虽然 29 都能发生光致弯曲 , 但最大弯曲程度有所不同。 交联度高的薄膜有序参数高 ,紫外光照射后偶氮苯 单元有序度的降低导致了沿着取向方向薄膜表面产 生更大程度的收 缩 , 整 个 薄 膜 的 弯 曲 幅 度 也 更 大 。 利用多畴向列相液晶弹性体薄膜对线性偏振光的选 30 择性吸收 , Ikeda 和俞燕蕾等进一步实现了液晶弹 ( ) 性体薄膜的方向可控光致弯曲 图 11。多畴向列 相液晶弹性体薄膜可沿着任意方向重复地弯曲 ,这 是因为该薄膜的弯曲方向与入射偏振紫外光的偏振 方向一致 ,通过改变入射光偏振方向的简单方法即 可实现对弯曲方向的精确控制 。这是因为该薄膜的 弯曲方向与入射偏振紫外光的偏振方向一致 ,通过 改变入射光偏振方向的简单方法即可实现对弯曲方 向的精确控制 。 () 制备平行及垂直取向的液晶弹性体膜所需液 a图 12 ( ) 晶单体及交联剂的分子结构 ; b平行及垂直取向的液 31 晶弹性体膜的不同弯曲机理 () Fig. 12 aMolecular structures of the LC monomer and the cross2linker used in the preparation of the homogeneous and ( ) homeotropic LCE films ; b Schematic representation of the different bending mechanism in the homogeneous and 31homeotropic LCE films 为了实现液晶弹性体在室温下的快速弯曲 ,他 32 们还进一步制备了铁电液晶弹性体薄膜。铁电 液晶具有两个显著优势 :一是介晶基元高度取向 ;二 图 11 多 畴 液 晶 弹 性 体 膜 在 具 有 不 同 偏 振 方 向 的 366 是分子自发极化从而可通过电场对介晶基元的取向 nm 偏振光及波长大于 540 nm 的可见光照射下的弯曲和进行控制 。因此制备铁电液晶弹性体采用的是在施 30 平展行为 ,白色箭头表示偏振光的偏振方向 加外电场的情况下进行原位光聚合的方法 。得到的 Fig. 11 Photographic frames of a polydomain LCE film bending 铁电液晶弹性体每层分子的取向方向相同 ,但与摩 in different directions in response to irradiation of linearly ( ) 擦方向并不平行 ,二者之间存在一倾斜角 图 13。 polarized light at 366 nm with different polarization directions () white arrows, and being flattened again by visible light longer 当紫外光照射时 ,薄膜沿着介晶基元的取向方向而 30不是摩擦方向弯曲 ,当可见光进行照射时 ,薄膜恢复 than 540 nm 到最初的平展状态 。因为所制备的铁电液晶弹性体 ( ) 他 们 还 制 备 了 介 晶 基 元 分 别 平 行 于具有较低的玻璃化转变温度 T?20 ?,弯曲可以 g ( ) ( ) homogeneous和垂直于 homeotropic薄膜表面的两 在室温下进行 。又因其取向度高 ,因此比向列相液 类液晶弹性体膜 ,研究了介晶基元的取向方式对液 晶弹 性 体 响 应 速 度 快 、弯 曲 程 度 大 , 在 光 强 为 280 31 晶弹性体光致弯 曲 行 为 的 影 响。如 图 12 所 示 : 2 () mWΠcm 的氩离子激光 364 nm照射下在 500 ms 内 当采用紫外光进行照射时 ,具有平行取向的液晶弹 即可完成弯曲过程 。性体薄膜发生各向异性的表面收缩 ,从而弯向光源 33 Palffy2Muhoray 等报 道 了 小 分 子 偶 氮 苯 掺 杂 方向 ;而具有垂直取向的液晶弹性体发生各向同性 的液晶弹性体在波长为 514 nm 的激光照射下的快 的表面扩张 ,从而弯曲方向背离光源 。由于这种收 速弯曲行为 ,弯曲角度达到了 60?以上 。快速的光致 缩和扩张效应只在薄膜表面发生 ,使得两类液晶弹 形变使液晶弹性体以一种新的 方 式 与 环 境 相 互 作 性体薄膜产生了完全相反的弯曲行为 。 化学进展20 卷第 〃146 〃 () 图 13 a制备铁电液晶弹性体膜所需单体和交联剂的 ( ) 分子结构 ; b偶氮苯介晶基元取向示意图 : 介晶基元 相互平行排列形成近晶相的层 ,且取向方向 n 与摩擦方 32 向之间存在一个倾斜角 () Fig. 13 aMolecular structures of the LC monomer and the cross2linker used for the preparation of the ferroelectric LCE ( ) films ; b Schematic representation of the alignment of azobenzene mesogens : mesogens are aligned parallel to each ( ) other to form layers with a tilt between the director nand the 32rubbing direction () ( ) 图 14 a液晶弹性体图记的制备过程 ; b合成液晶 用 :当用可见光照射浮在水面上的液晶弹性体薄膜 35 弹性体所需化合物的分子结构 时 ,收缩的构象增加了系统的能量 ,液晶弹性体薄膜 () Fig. 14 aSchematic representation for the preparation 弯曲并游离光源 。如果光照后的构象不是收缩而是 ( ) procedure of the LCE stamp ; bMolecular structures of the 伸长 ,薄膜将游向光源 。因此光源不仅为形变提供 35compounds used in the preparation of the LCEs 了能量还提供了位臵信息 。该研究中由于使用的激 6 结语 光强度大 ,在光致形变的同时存在热致形变的可能 34 性较大 。Serak 等也报道了由于激光照射能够引 液晶弹性体结合了弹性和液晶性 ,是一种具有 独特性质的新型 超 分 子 体 系 。液 晶 弹 性 体 对 环 境 起偶氮苯液晶弹性体薄膜的表面收缩和扩张 ,从而 () 电场 、温度 、化学环境 、光等很敏感 ,可以发生各向 使得薄膜的形状发生快速且强烈的改变 。改变激光 的偏振方向即可以可逆地改变液晶弹性体的弯曲或 异性的可逆形变 , 而 且 成 功 实 现 了 三 维 弯 曲 运 动 。 扭曲方向 。与上述研究的体系不同 ,该体系利用了 作为软致动材料 ,液晶弹性体具有广阔的应用前景 , 介晶基元的再取向 ,使形变可以在室温下发生 ,且可 尤其是光致形变液晶弹性体的功能实现完全由光控 以被较低能量的激光很好地控制 。制 ,不需要任何电池 、电动机 、齿轮等的介入 ,材料容 35 Yang 等报道了通过模具成型制备小尺寸单 易 实 现 小 型 化 , 可 为 微 型 机 器 人 与 微 机 电 系 统 畴液晶弹性体的方法 , 得到了表面宽为 700 nm 、高 () MEMS提供重要的致动部件 。但是目前液晶弹性 () 为 40 nm 圆柱矩阵的液晶弹性体 图 14。通过改变体类材料的抗疲劳性 、生物相容性等问题还未解决 , 温度或进行紫外光照射 ,液晶弹性体可以在圆柱形 有待进一步的深入研究 。 和雪茄状间进行可逆变换 。这种表面形状的可逆改 参 考 文 献 变使得这种液晶弹性体可用于 制 造 可 配 臵 的 光 学 () ( ) ( 1 ] 李敏 Li M, 邱 洪 晋 Qiu H J . 高 分 子 通 报 Polymer 元件 。) Bulletin, 1998 , 3 : 72 —77 () ( ) ( ) 2 ] 18 ] Urayama K , Honda S , Takigawa T. 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