热致液晶弹性体致动器的制备与应用研究

来源 :常州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jsxhshh123456
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液晶弹性体(LCEs)是一种具有刺激响应性能的形状记忆材料,它将液晶的取向性与聚合物的熵弹性相结合,其形状受外界刺激能够沿液晶基元准直方向发生可逆高伸缩变化,并且具有高度的人机交互安全性。因此用该材料制备的致动器,在人工肌肉、微型软体机器人、生物医疗等方面,有较大的应用前景。但受限于其自身柔性材料的属性,通常LCEs的收缩形变驱动力并不突出,很难运用到有较大驱动力需求的致动器上。此外,常规的LCEs准直加工形成的器件很难实现多维度运动。针对以上问题,本文开展热致性液晶弹性体材料的制备与应用研究,具体研究内容与主要结论如下:(1)单维度热致动的液晶弹性体薄膜制备及其应用。利用RM257液晶单体合成制备了热致液晶弹性体薄膜,其相变温度为71.4℃,热致收缩达47%。基于该薄膜,通过一次模压成型制备出具有类圆锥体凸起的点阵结构,再与可拉伸柔性电热层复合,实现凸起点阵的可控伸缩,高度收缩率高达80%。结合信号传递模块和控制模块的设计,制备出多感知柔性盲文显示与交互器件。该器件可实现盲文点阵的无延迟按压输入和高度-温度多感知输出。(2)多维度热致动的液晶弹性体薄膜制备及其应用。通过溶剂处理在热致液晶弹性体内部构建梯度交联的聚合物网络结构,结合机械拉伸准直与二次光固化交联,以及漆包线制备片状电磁线圈与电热层,制备出实现弯曲、旋转等多维度运动能力的热致液晶弹性体薄膜。基于该薄膜制备出爬行软体机器人与柔性抓手。通过电-磁控制,爬行软体机器人的爬行速度可达3 mm/s,且实现了特定金属表面的垂直爬行;柔性抓手可实现仿捕蝇草的包裹式抓取运动。(3)热致动二硫键基液晶弹性体薄膜制备及其应用。通过引入动态共价键,结合对交联密度的调控,制备出不同交联状态且可拼接的热致液晶弹性体薄膜,并在对其进行拼接处理后可实现多维度致动。同时结合嵌入式电热片,制备出“三明治”结构的液晶弹性体致动器,可实现电控弯曲。此外基于该致动器可再拼接的能力,可将弯曲运动二次组合,拓展了液晶弹性体致动器的运动模式。
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