【摘 要】
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液晶弹性体LCE(Liquid Crystal Elastomer)是一种新型的智能形变材料。它可以因液晶相态的变化而发生可逆形变,驱动产生这种变化的最直接的方法是加热,但从拓展液晶弹性体材料应用环境的角度考虑,加热就不是一种理想的手段。通常情况下,最好是使用一种可以远程、便利、精确及灵敏快速的驱动液晶弹性体形变的手段。基于此种考虑,光驱动是一种理想的选择。贵金属纳米粒子具有表面等离子体共振(Su
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液晶弹性体LCE(Liquid Crystal Elastomer)是一种新型的智能形变材料。它可以因液晶相态的变化而发生可逆形变,驱动产生这种变化的最直接的方法是加热,但从拓展液晶弹性体材料应用环境的角度考虑,加热就不是一种理想的手段。通常情况下,最好是使用一种可以远程、便利、精确及灵敏快速的驱动液晶弹性体形变的手段。基于此种考虑,光驱动是一种理想的选择。贵金属纳米粒子具有表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,简称SPR)的特性,纳米金和纳米银在可见光谱范围内具有显著的SPR吸收带。本工作据此研究了掺纳米金液晶弹性体纳米复合材料(Nano-Gold/LCE)和掺纳米银液晶弹性体纳米复合材料(Nano-Silver/LCE)的光致动特性。Nano-Gold/LCE、Nano-Silver/LCE纳米复合材料是分别将纳米金和纳米银颗粒通过本组开发的一种新型技术植入到聚氢硅氧烷液晶弹性体基体中而成功制备的。在拟日光照射下,负载纳米粒子的液晶弹性体实现了光能到热能的高效能量转换,使得纳米复合材料可以快速的最大轴向收缩,收缩幅度约为材料原长度的三分之一,并且这种光刺激下的类似肌肉收缩的致动形变,是完全可逆的,可以通过光源开-关切换而进行形变-形状恢复的可逆过程。基于此研究了不同光照强度和纳米金属的不同含量下的液晶弹性体纳米复合材料的光致动性能。Nano-Gold/LCE、Nano-Silver/LCE纳米复合材料还显示了优异的光学非线性特性,显示了它们在光学技术领域的应用发展潜力。例如在各自响应波段表现出饱和吸收,有望用作饱和吸收器。此外,Nano-Gold/LCE和Nano-Silver/LCE在400nm-470nm与510nm-560nm两个波带的光响应程度有所显著差别。本工作据此比较了两种纳米金属掺杂的液晶弹性体材料在不同波段光照下的选择性光致动形变性能。并将同一液晶弹性体基体的两侧分别掺杂同一粒径大小的纳米金和纳米银,从而制备了纳米金银双掺杂的液晶弹性体纳米复合材料(Nano-gold-silver/LCE),并用于智能无触摸电子设备光响应器件的执行器——双响应单极双掷开关,在光照射下,通过利用滤光片切换出不同波段的光波长,分别滤出两个波段范围的光—400nm-470nm与510nm-560nm。Nano-gold-silver/LCE执行器能够针对滤出的不同波长的光刺激进行不同方向的可逆变形,使设备输出不同的信号。这一工作成果实现了由照射光波长的切换来调控器件执行不同的功能的效果,突破了通过变换光照方向或光照位置来使器件执行设计功能的相对不便利的传统方式。我们的工作为LCE驱动器的便利精准的光驱动应用提供了新的路线,并拓宽了LCE驱动器在智能设备中的应用潜力,对液晶弹性体在材料领域及智能器件领域的发展具有重要意义。
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