一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备方法，涉及液晶高分子材料技术领域，包括如下步骤：步骤一、配置液晶混合物：将一种或多种液晶聚合物单体和光引发剂混合，加热熔融后震荡搅拌均匀，得到液晶混合物；步骤二、制备液晶盒：制备成主体90

【技术实现步骤摘要】
一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备方法


[0001]本专利技术涉及液晶高分子材料技术与光学调控领域，具体是一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备与光学调控的方法。

技术介绍

[0002]“液晶聚合物驱动器”(LCPA Liquid crystal polymer actuator)是一类交联聚合物，由液晶分子、非交联型聚合物在一定条件下交联聚合形成。在不同交联聚合程度下液晶聚合物可以分类为：液晶聚合物(LCP Liquid crystal polymer)、液晶弹性体(LCE Liquid crystal elastomer)以及液晶聚合物网络(LCN Liquid crystal network)。由于液晶分子的存在，液晶聚合物一般呈各向异性状态，且在一定外场刺激下可以发生驱动形变响应，其有别于各向同性聚合物材料。液晶聚合物在机械拉伸下或者进行预取向作用可以具有取向效果，并且这种取向带来驱动形变效果，在外界刺激温度升高时序参量改变使得其发生沿着指向矢(director)方向收缩，垂直于指向矢方向膨胀，发生明显的宏观形变，且在外场刺激被撤去时可以恢复到初始状态。在不同设计结构下，指向矢不同排列规律使得液晶聚合物发生的刺激响应形变效果各异，如收缩膨胀、弯曲(bend)、扭曲(twist、helicoid)，因而通过设计不同的液晶指向矢结构，可以得到广泛的柔性功能驱动形变应用。
[0003]目前，面内取向和垂直取向指向矢排布方式的液晶已经得到广泛研究，且这些取向方式普遍应用于液晶聚合物的驱动设计。液晶聚合物材料内部的液晶分子排布规律影响着其受外界刺激发生响应的宏观表现效果。对于hybrid alignment nematic(一面垂直取向，另一面是面内取向)取向液晶聚合物，其弯曲形变特性优异，而twist nematic(两面都是面内取向，但是方向不同)取向的液晶聚合物，其形变响应性能使得其可以呈现弯曲和螺旋形变。这两种结构的液晶聚合物在弯曲形变上，都具有天然优势，只靠自身受热时序参量改变，就可以自发形成弯曲形变，有别于其他依赖于多层的各向同性材料嵌套时因不同材质的热膨胀系数不同而发生的弯曲。且液晶是一类广泛应用于光学应用的材料，各向异性特点明显，液晶聚合物同样也具备光学各向异性。
[0004]当前的液晶聚合物外场刺激响应特性主要应用于弹性与柔性形变、仿生肌肉组织、智能软体驱动器领域，其外场刺激的方式多种多样，如热、力、磁、光、湿度、电场以及pH值等方式。这些刺激响应都是单一作用效果，即“外场刺激
‑
驱动形变”，例如外加光照刺激，液晶聚合物由于所掺加染料的光热效应使得光照部位升温，发生形变。如果能将液晶各向异性的光学效应与聚合物驱动特性结合，则可以为智能柔性执行器驱动与光学调控的结合发展提供新思路，即外加刺激作用于液晶聚合物，随后其驱动效果动态调控外场，发生“外场刺激
‑
驱动形变
‑
调控外场”的多种作用效果调控作用。
[0005]基于此，如果能将外场刺激下所导致的宏观驱动效果应用至机械做工或者场调控，会为柔性驱动器的发展提供新的平台、思路。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术针对当前液晶聚合物应用场景少且未能充分利用其光学特性的问题，提供一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备方法，制备出的液晶聚合物驱动器具有光学微结构，使得液晶聚合物驱动器既能在热场刺激下发生弯曲形变以及自持续自驱动得的振荡运动模式，又能在激光照射时产生动态光束转折、光场调控，实现自驱动、自反馈、自维持的动态光学功能。
[0007]技术方案：本专利技术公开了一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、配置液晶混合物；
[0009]将一种或多种液晶聚合物单体和光引发剂混合，加热熔融后震荡搅拌均匀，得到液晶混合物；所述液晶聚合物单体为可发生聚合反应的RM系列的液晶单体；
[0010]步骤二、制备液晶盒；
[0011]步骤1)、清洗干净两片玻璃，在UVO照射后2小时内，旋涂光控取向剂溶液；
[0012]步骤2)、将两片玻璃分别先均一取向，即波长为350nm～410nm的线偏振结构光照射两片玻璃进行光控取向；再取其中一片玻璃对其一端进行DMD曝光或者用掩模板曝光得到光学微结构预取向效果；
[0013]步骤3)、用步骤2)处理后的两片玻璃制备液晶盒，盒厚控制在100μm～150μm，制备成主体90
°
twist取向且一端结构化取向的液晶盒；
[0014]步骤三、制备长条状的液晶聚合物薄膜驱动器；
[0015]步骤A、将步骤一中配置好的液晶混合物加热至高于清亮点温度后灌于步骤二中制备好的液晶盒中，降温至清亮点以下，降温后的液晶混合物的温度控制在40℃～50℃之间；
[0016]步骤B、将液晶盒于紫外光365nm～410nm且强度在4～10mW/cm2条件下聚合1小时；
[0017]步骤C、聚合结束后打开液晶盒，取出液晶聚合物薄膜，并沿着或垂直于取向方向裁剪成长条状，得到长条状的液晶聚合物薄膜驱动器；
[0018]步骤四、对长条状的液晶聚合物薄膜驱动器进行驱动与光学调控，方法为；
[0019]所述长条状的液晶聚合物薄膜驱动器放置在热台上，在热场刺激下，其会发生弯曲形变；当对其具有光学微结构的区域进行激光照射时，其会产生光学调控效果。
[0020]进一步的，所述步骤一中，液晶聚合物单体为RM257、RM82、RM105或RM23；光引发剂为Irgacure 651或Irgacure 819。
[0021]进一步的，所述步骤1)中光控取向剂溶液的配置方法为：将光控取向剂SD1溶于DMF的得到光控取向剂溶液，其中，光控取向剂溶液中SD1的质量分数为0.3％。
[0022]进一步的，所述步骤1)中，旋涂操作分两阶段进行，具体操作为：
[0023]第一阶段，设定旋涂速度为800rpm，持续时间为5s～10s，加速度为800rpm/s；
[0024]第二阶段，设定旋涂速度为3000rpm，持续时间为30s，加速度为1000rpm/s；
[0025]旋涂结束后，进行烘干固化；烘干固化的条件为100℃下加热10分钟。
[0026]进一步的，所述步骤2)中，通过设计不同的曝光图可以得到不同结构的基于液晶材料的光学微结构，所述光学微结构包括光栅、Q
‑
plate以及菲涅尔透镜结构。
[0027]进一步的，所述步骤C中，所述长条状的液晶聚合物薄膜驱动器的长度为25mm～
30mm，宽度为1.5mm～5mm。
[0028]进一步的，所述步骤四中，对长条状的液晶聚合物薄膜驱动器的进行驱动与光学调控，具体操作为；
[0029]1)将长条状的液晶聚合物薄膜驱动器放置于热台表面，长条状的液晶聚合物薄膜驱动器的上表面液晶指向矢方向平行于其长边方向，下表面液晶指向矢方向平行于其宽度方向；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、配置液晶混合物；将一种或多种液晶聚合物单体和光引发剂混合，加热熔融后震荡搅拌均匀，得到液晶混合物；所述液晶聚合物单体为可发生聚合反应的RM系列的液晶单体；步骤二、制备液晶盒；步骤1)、清洗干净两片玻璃，在UVO照射后2小时内，旋涂光控取向剂溶液；步骤2)、将两片玻璃分别先均一取向，即波长为350nm～410nm的线偏振结构光照射两片玻璃进行光控取向；再取其中一片玻璃对其一端进行DMD曝光或者用掩模板曝光得到光学微结构预取向效果；步骤3)、用步骤2)处理后的两片玻璃制备液晶盒，盒厚控制在100μm～150μm，制备成主体90
°
twist取向且一端结构化取向的液晶盒；步骤三、制备长条状的液晶聚合物薄膜驱动器；步骤A、将步骤一中配置好的液晶混合物加热至高于清亮点温度后灌于步骤二中制备好的液晶盒中，降温至清亮点以下，降温后的液晶混合物的温度控制在40℃～50℃之间；步骤B、将液晶盒于紫外光365nm～410nm且强度在4～10mW/cm2条件下聚合1小时；步骤C、聚合结束后打开液晶盒，取出液晶聚合物薄膜，并沿着或垂直于取向方向裁剪成长条状，得到长条状的液晶聚合物薄膜驱动器；步骤四、对长条状的液晶聚合物薄膜驱动器进行驱动与光学调控，方法为；所述长条状的液晶聚合物薄膜驱动器放置在热台上，在热场刺激下，其会发生弯曲形变；当对其具有光学微结构的区域进行激光照射时，其会产生光学调控效果。2.根据权利要求1所述的一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，液晶聚合物单体为RM257、RM82、RM105或RM23；光引发剂为Irgacure 651或Irgacure 819。3.根据权利要求1所述的一种柔性智能液晶聚合物驱动器的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中光控取向剂溶液的配置方法为：将光控取向剂SD1溶于DMF的得到光控取向剂溶液，其中，光控取向剂溶液中SD1的质量分数为0.3％。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玲玲，郑仁，陆延青，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：