一种光响应液晶弹性体纤维阵列及制备方法与应用与流程

1.本发明属于液晶弹性体技术领域，特别涉及一种光响应液晶弹性体纤维阵列及制备方法与应用。

背景技术：

2.在光学、医学、微流体和机器人等基础领域，具有可逆形状变化性能的软体材料已得到较为广泛的应用，而交联的液晶聚合物已成为执行器和应用型智能设备的全新基本要素。液晶弹性体(lce)可以对不同外部刺激表现出大型、宏观尺度的机械响应，例如温度，光，ph或湿度等。结合仿生学，液晶弹性体材料在微型机械系统、微型机器人、智能表面等多领域无不发挥着巨大的潜力。
3.当需要器件表面材料为实现其自身功能提供支持时，表面材料的结构、状态等将变得尤为重要。例如，太阳能发电板表面应保持清洁，避免灰尘堆积而造成的利用率下降等问题。由此可见，许多领域的器件对其表面清洁度都有较高的要求，具备自清洁功能的器件也逐渐受到人们的重视。传统的自清洁材料根据原理的不同，主要分为超疏水、超亲水和超疏油三种表面，都是通过表面微观结构而实现功能。尽管所得到的表面具有优异的功能特性，但这些制备方法需要昂贵的设备，耗时长、工艺复杂、结构控制难、机械稳定性及耐久性较差，难以大面积制备。
4.因此，本发明希望结合液晶弹性体材料的特性和潜力，从而开发液晶弹性体材料在制作自清洁元器件中的应用。

技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种光响应液晶弹性体纤维阵列及制备方法与应用。所述光响应液晶弹性体纤维阵列在光刺激下会朝光源处发生弯曲，通过光源的开闭转换可以实现规则的摆动，使纤维表面的颗粒物(如灰尘)朝同一方向进行运送，从而实现自清洁效果。通过将所述光响应液晶弹性体纤维阵列设置在器件表面，即可制得具有自清洁性能的器件。
6.本发明提供了一种光响应液晶弹性体纤维阵列的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)在第一基板表面以光响应液晶混合物进行打印，形成液滴阵列；
8.(2)对所述液滴阵列加热进行固定，使用第二基板按压所述液滴阵列后，再提拉所述第二基板，使液滴受到拉伸形成液晶弹性体纤维；
9.(3)对所述液晶弹性体纤维进行光聚合，再沿第二基板表面处切断所述液晶弹性体纤维，制得所述光响应液晶弹性体纤维阵列。
10.本发明所述制备方法通过在液晶弹性体体系掺杂光热转换试剂，使其具有特定波长的光响应能力，并保留液晶弹性体形变的可逆性。将该体系采用上述制备方法制得光响应液晶弹性体纤维阵列，在紫外光、近红外光等光源条件下，光响应液晶弹性体纤维阵列所含的光热转换试剂在吸收光后，一部分能量以光子的形式释放，另一部分则转变为热能用
于局部加热液晶弹性体使其温度提升，达到清亮点之上后完成液晶相到各向同性相的转变，内部液晶分子阵列有序度降低，从而实现液晶弹性体纤维的光致形变，即纤维向光源处发生弯曲。当停止光源照射时，温度随之下降，液晶弹性体纤维内部分子有序度增加，恢复原先状态。
11.将上述所制得光响应液晶弹性体纤维阵列设置在器件的表面，通过紫外光、近红外光等光源的开闭转换，液晶弹性体纤维阵列将产生规则的摆动以实现纤维表面颗粒物如灰尘的运送以实现自清洁功能，同时可以通过控制光源的开关以及位置、强度来控制运送灰尘的方向、速率等。其中，由于近红外光具有可远程操控、精确度高、穿透力强、毒副作用小等显著优势，因而更适合作为光源使用，从而提高液晶弹性体纤维阵列的实际应用效果。
12.优选的，所述光响应液晶聚合物中包括以下组分：单丙烯酸酯单体、溶剂、光引发剂、光热转换试剂。
13.更优选的，所述溶剂为醇类、二氯甲烷或四氢呋喃溶液。
14.最优选的，所述醇类为1，6
‑
己二醇。
15.更优选的，所述光引发剂选自光引发剂819和/或光引发剂784。
16.更优选的，所述光热转换试剂选自偶氮苯、石墨烯、碳纳米管、金纳米材料、近红外染料dye1002中的至少一种。
17.优选的，所述第一基板选自玻璃、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或柔性基板。
18.优选的，所述第二基板选自玻璃、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或柔性基板。
19.优选的，步骤(3)进行所述光聚合的操作为：在25
‑
35℃下用紫外光照射进行光聚合。
20.更优选的，所述紫外光波长为365nm。
21.本发明还提供了一种光响应液晶弹性体纤维阵列，由上述制备方法所制得。
22.本发明还提供了上述光响应液晶弹性体纤维阵列在制作自清洁器件中的应用。将所述光响应液晶弹性体纤维阵列设置在器件表面，可以赋予器件自清洁性能，为器件的正常高效运行以及寿命的延长提供了坚实的保障。
23.本发明还提供了一种自清洁器件，所述自清洁器件的表面设置有上述光响应液晶弹性体纤维阵列。
24.相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
25.(1)本发明受到自然界中向日葵的“向阳”现象的启发，创造性的将其液晶弹性体的可逆形变的特性结合，从而开发得到所述光响应液晶弹性体纤维阵列。将所述光响应液晶弹性体纤维阵列设置在器件的表面，可以赋予器件自清洁功能，为器件的正常高效运行以及寿命的延长提供了坚实的保障。同时，相比于自清洁涂料，光响应液晶弹性体纤维阵列是依靠自身表面结构实现功能，在器件制成后便可实现自清洁，无需进一步装饰加工，更加节省人力物力，且不存在因涂料剥落等原因造成的潜在隐患。
26.(2)本发明中光响应液晶弹性体纤维阵列的制备方法简单，高效，能极大程度节约成本和时间。
27.(3)相较于ph响应，本发明采用光响应摆脱了物质状态的限制，因而应用范围更加
广泛；而相较于温度响应，光响应的主要优点是精确度、灵敏度更高，可实现远程操控；尤其是近红外光，光穿透力更强、对生物组织等的毒副作用更小，应用场合将更加广泛。
附图说明
28.图1是本发明经喷墨打印后形成的液晶弹性体阵列；
29.图2是本发明打印液晶弹性体阵列后将要用第二基板拉伸形成纤维阵列的示意图；
30.图3是本发明拉伸后形成液晶弹性体纤维阵列的示意图；
31.图4是本发明切割后的液晶弹性体纤维阵列示意图；
32.图5是本发明液晶弹性体纤维阵列响应于近红外光源的示意图。
33.图6是本发明液晶弹性体纤维阵列进行表面灰尘运送即自清洁的示意图。
具体实施方式
34.为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例仅为本发明的优选实施例，对本发明要求的保护范围不构成限制作用，任何未违背本发明的精神实质和原理下所做出的修改、替代、组合，均包含在本发明的保护范围内。
35.以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
36.实施例1
37.本实施例提供一种光响应液晶弹性体纤维阵列，其制备方法包括以下步骤：
38.(1)以光响应液晶聚合物为打印油墨，对第一基板(玻璃材质)表面进行喷墨打印，形成液滴阵列(如图1所示)；
39.其中，光响应液晶聚合物包括以下重量份的组分：单丙烯酸酯单体(hcm
‑
020，购自江苏和成新材料有限公司)40份；1，6
‑
己二醇40份；光热转换试剂(石墨烯，碳纳米管和近红外染料dye1002)4份；光引发剂819 2份；
40.(2)对步骤(1)制得的液滴阵列加热进行固定，使用第二基板(玻璃材质)对所述液滴阵列进行按压(如图2所示)，再向上提起第二基板，使液滴受到拉伸形成液晶弹性体纤维(如图3所示)；
41.(3)在30℃下用365nm紫外光进行照射，对步骤(2)制得的液晶弹性体纤维进行光聚合，再沿第二基板表面处用激光切割器切断所述液晶弹性体纤维，制得光响应液晶弹性体纤维阵列(如图4所示)。
42.打开近红外光源，对上述光响应液晶弹性体纤维阵列进行照射，发现光响应液晶弹性体纤维向光源处发生弯曲，其形变示意图如图5所示。
43.实施例2
44.本实施例提供一种光响应液晶弹性体纤维阵列，其制备方法包括以下步骤：
45.(1)以光响应液晶聚合物为打印油墨，对第一基板(聚对苯二甲酸乙二醇酯)表面进行喷墨打印，形成液滴阵列(如图1所示)；
46.其中，光响应液晶聚合物包括以下重量份的组分：单丙烯酸酯单体(hcm
‑
020，购自
江苏和成新材料有限公司)35份；1，6
‑
己二醇40份；光热转换试剂(石墨烯，碳纳米管和近红外染料dye1002)4份；光引发剂784 2份；
47.(2)对步骤(1)制得的液滴阵列加热进行固定，使用第二基板(聚对苯二甲酸乙二醇酯)对所述液滴阵列进行按压(如图2所示)，再向上提起第二基板，使液滴受到拉伸形成液晶弹性体纤维(如图3所示)；
48.(3)在30℃下用365nm紫外光进行照射，对步骤(2)制得的液晶弹性体纤维进行光聚合，再沿第二基板表面处用激光切割器切断所述液晶弹性体纤维，制得光响应液晶弹性体纤维阵列(如图4所示)。
49.打开近红外光源，对上述光响应液晶弹性体纤维阵列进行照射，发现光响应液晶弹性体纤维向光源处发生弯曲，其形变示意图如图5所示。
50.实施例3
51.本实施例提供一种具有自清洁性能的器件，通过将实施例1中所制得光响应液晶弹性体纤维设置在器件表面所制得。如图6所示，当开启近红外光光源，光响应液晶弹性体纤维会向光源处发生弯曲；停止光源照射时，液晶弹性体纤维恢复原先状态；通过控制近红外光光源的开闭转换，液晶弹性体纤维阵列将产生规则的摆动，实现纤维表面颗粒物如灰尘的运送，实现自清洁的效果。
52.上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

技术特征：

1.一种光响应液晶弹性体纤维阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在第一基板表面以光响应液晶混合物进行打印，形成液滴阵列；(2)对所述液滴阵列加热进行固定，使用第二基板按压所述液滴阵列后，再提拉所述第二基板，使液滴受到拉伸形成液晶弹性体纤维；(3)对所述液晶弹性体纤维进行光聚合，再沿第二基板表面处切断所述液晶弹性体纤维，制得所述光响应液晶弹性体纤维阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光响应液晶混合物中包括以下组分：单丙烯酸酯单体、溶剂、光引发剂、光热转换试剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂选自光引发剂819和/或光引发剂784。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述光热转换试剂选自偶氮苯、石墨烯、碳纳米管、金纳米材料、近红外染料dye1002中的至少一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一基板选自玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或柔性基板；所述第二基板选自玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或柔性基板。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)进行所述光聚合的操作为：在25
‑
35℃下用紫外光照射进行光聚合。7.一种光响应液晶弹性体纤维阵列，其特征在于，由权利要求1
‑
6中任一项所述的制备方法所制得。8.权利要求7所述的光响应液晶弹性体纤维阵列在制作自清洁器件中的应用。9.一种自清洁器件，其特征在于，所述自清洁器件的表面设置权利要求7所述的光响应液晶弹性体纤维阵列。

技术总结

本发明属于液晶弹性体技术领域，公开了一种光响应液晶弹性体纤维阵列及制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：(1)在第一基板表面以光响应液晶混合物进行打印，形成液滴阵列；(2)对所述液滴阵列加热进行固定，使用第二基板按压所述液滴阵列后，再提拉所述第二基板，使液滴受到拉伸形成液晶弹性体纤维；(3)对所述液晶弹性体纤维进行光聚合，再沿第二基板表面处切断所述液晶弹性体纤维，制得所述光响应液晶弹性体纤维阵列。所述光响应液晶弹性体纤维阵列在光刺激下会向光源处发生弯曲，通过光源的开闭转换可以实现规则的摆动，使纤维表面的颗粒物朝同一方向进行运送，从而实现自清洁效果。根据此特性，可制得具有自清洁性能的器件。器件。器件。