清華危巖教授/北大陳爾強教授/清華吉巖副教授《Adv. Mater.》:可自發長成驅動器的彈性體
2023-01-07 來源:高分子科技
眾所周知,當彈性體被拉伸并固定兩端時,其長度將保持不變。無論這一過程是彈性形變還是塑性形變,當撤去外力后,彈性體不會超過變形時達到的長度(圖1)。另一方面,從彈性體到柔性驅動器的加工過程往往需要外界刺激或能量輸入。很少有合成材料能脫離這兩個范疇。
圖1. 典型的彈性形變和塑性形變以及自伸長過程
圖2. 彈性體的合成與自伸長過程做功
圖3.異常相的表征
作者們在其他LCE中沒有觀察到上述自伸長現象(圖3a)。可自伸長的LCE退火后的樣品呈白色樣品,只有在加熱下才表現出明顯的雙折射(圖3b、3d),而正常液晶在低溫下才表現出雙折射。伸長后,其雙折射仍然比正常的單疇LCE弱得多。廣角X射線散射(WAXS)表明這種異常相可能是該LCE的穩定基態,且其液晶疇可能非常小。通過跟蹤自伸長過程,作者們推測機理如下:在新制備的樣品拉伸過程中產生了內應力并儲存了能量,隨著時間的推移,在存儲能量釋放的驅動下,液晶疇取向的內部能壘被慢慢克服,同時出現低雙折射的異常相態;將預拉伸的狀態保持數小時后,液晶疇的取向度增加,使得彈性體樣品的自然長度增加,產生自伸長現象。此外,當LCE開始伸長時,分子鏈形成的發夾結構可以“凍結”中間狀態并固定彈性體的形狀,因此撤去外力不影響繼續伸長。此時存儲的能量仍然存在,這是液晶疇持續取向和材料自伸長的主要驅動力。
圖4.酯交換的證明
圖5. 通過自伸長獲得的多種柔性驅動器
文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209853
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(責任編輯:xu)
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