單層雙相態(tài)液晶彈性體：制備工藝與性能關(guān)聯(lián)探究一、引言1.1研究背景與意義在智能材料的蓬勃發(fā)展歷程中，液晶彈性體（LiquidCrystalElastomers，LCEs）憑借其獨(dú)特的性能，成為了材料科學(xué)領(lǐng)域的一顆璀璨明星，在眾多關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用。液晶彈性體是由液晶聚合物經(jīng)過適度交聯(lián)而形成的一種高分子材料，它巧妙地融合了液晶的各向異性和聚合物的網(wǎng)絡(luò)彈性，這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了它諸多優(yōu)異的性能，使其在多個(gè)前沿領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在軟體機(jī)器人領(lǐng)域，液晶彈性體的應(yīng)用為機(jī)器人的發(fā)展開辟了新的道路。傳統(tǒng)機(jī)器人多由剛性材料制成，在面對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境時(shí)，往往顯得力不從心。而液晶彈性體具有柔軟、可變形的特性，能夠使軟體機(jī)器人在微小物體操作和空間受限環(huán)境運(yùn)動(dòng)等特殊應(yīng)用場景中，展現(xiàn)出卓越的靈活性和適應(yīng)性。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，軟體機(jī)器人可以利用液晶彈性體的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體內(nèi)部器官的無創(chuàng)檢測(cè)和治療；在探索狹小空間時(shí)，如地震廢墟中的救援行動(dòng)，軟體機(jī)器人能夠靈活穿梭，尋找幸存者。在生物醫(yī)學(xué)設(shè)備方面，液晶彈性體的應(yīng)用也為醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步帶來了新的契機(jī)。它可以用于制造醫(yī)療假肢，為殘障人士提供更加舒適、靈活的肢體替代方案。通過精確控制液晶彈性體的性能，使其能夠模擬人體肌肉的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)假肢的自然運(yùn)動(dòng)。此外，液晶彈性體還可應(yīng)用于藥物輸送系統(tǒng)，通過外界刺激，如溫度、光等，精確控制藥物的釋放時(shí)間和劑量，提高藥物治療的效果。可穿戴電子設(shè)備是近年來發(fā)展迅速的領(lǐng)域，液晶彈性體在其中也發(fā)揮著重要作用。隨著人們對(duì)可穿戴設(shè)備舒適性和功能性的要求不斷提高，液晶彈性體的柔軟性和可拉伸性使其成為制造柔性可穿戴設(shè)備的理想材料。例如，液晶彈性體可以用于制造智能手環(huán)、智能服裝等，這些設(shè)備不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體的生理參數(shù)，如心率、血壓等，還能根據(jù)人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境變化，自動(dòng)調(diào)整功能，為用戶提供更加便捷、舒適的體驗(yàn)。單層雙相態(tài)液晶彈性體作為液晶彈性體家族中的重要成員，具有更為獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它在同一體系中同時(shí)存在兩種不同的相態(tài)，這種特殊的結(jié)構(gòu)使其能夠展現(xiàn)出更加豐富的物理性能和刺激響應(yīng)行為。與傳統(tǒng)的液晶彈性體相比，單層雙相態(tài)液晶彈性體在某些性能上具有顯著的提升。例如，在響應(yīng)速度方面，它能夠?qū)ν獠看碳ぷ龀龈友杆俚姆磻?yīng)，大大提高了其在實(shí)際應(yīng)用中的效率；在形變能力上，它可以實(shí)現(xiàn)更大幅度的可逆形變，為制造高性能的智能器件提供了更多的可能性；在穩(wěn)定性方面，其獨(dú)特的相態(tài)結(jié)構(gòu)賦予了它更好的穩(wěn)定性，能夠在不同的環(huán)境條件下保持優(yōu)異的性能。對(duì)單層雙相態(tài)液晶彈性體的制備與性能進(jìn)行深入研究，具有極其重要的價(jià)值。從學(xué)術(shù)研究的角度來看，它為材料科學(xué)的發(fā)展提供了新的研究方向和思路。通過研究單層雙相態(tài)液晶彈性體的制備方法、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，能夠深入揭示液晶彈性體的內(nèi)在物理機(jī)制，豐富和完善材料科學(xué)的理論體系。這不僅有助于我們更好地理解液晶彈性體的本質(zhì)，還為開發(fā)新型智能材料提供了理論基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用方面，深入研究單層雙相態(tài)液晶彈性體能夠?yàn)槠湓诟鱾€(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供有力的支持。隨著科技的不斷進(jìn)步，對(duì)智能材料的性能要求越來越高。單層雙相態(tài)液晶彈性體的優(yōu)異性能使其在眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如在光學(xué)器件中，它可以用于制造高性能的可調(diào)諧濾光片、透鏡等，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的精確調(diào)控；在傳感器領(lǐng)域，它能夠作為高靈敏度的傳感器材料，對(duì)溫度、壓力、濕度等物理量進(jìn)行精確檢測(cè)；在能源領(lǐng)域，它可能為新型儲(chǔ)能設(shè)備和能量轉(zhuǎn)換器件的研發(fā)提供新的解決方案。通過深入研究其性能，能夠進(jìn)一步優(yōu)化材料的性能，提高其應(yīng)用效果，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，為社會(huì)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀液晶彈性體的研究可以追溯到上世紀(jì)中葉，隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，其研究逐漸深入并取得了豐碩的成果。在國外，早期的研究主要集中在液晶彈性體的基礎(chǔ)理論和合成方法上。例如，德國的Finkelmann等學(xué)者在液晶彈性體的合成與性能研究方面做出了開創(chuàng)性的工作，他們通過對(duì)液晶聚合物的交聯(lián)方式和交聯(lián)度的精確控制，成功制備出具有良好性能的液晶彈性體，為后續(xù)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近年來，國外對(duì)液晶彈性體的研究呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)。在刺激響應(yīng)行為的研究中，美國的研究團(tuán)隊(duì)利用光響應(yīng)性液晶彈性體，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)光信號(hào)的精確感知和快速響應(yīng)，開發(fā)出了新型的光控智能器件。該器件能夠根據(jù)光的強(qiáng)度和波長變化，精確地調(diào)整自身的形狀和性能，在光學(xué)通信和光電器件領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。日本的科研人員則在熱響應(yīng)液晶彈性體的研究中取得了重要突破，他們通過優(yōu)化材料的分子結(jié)構(gòu)，顯著提高了熱響應(yīng)液晶彈性體的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，使其能夠在更廣泛的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的熱致形變。這一成果為智能溫度傳感器和熱驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展提供了新的技術(shù)支持。在國內(nèi)，液晶彈性體的研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。早期的研究主要致力于引進(jìn)和消化國外的先進(jìn)技術(shù)，通過對(duì)國外研究成果的深入學(xué)習(xí)和借鑒，國內(nèi)的科研人員逐漸掌握了液晶彈性體的基本制備方法和性能調(diào)控技術(shù)。隨著研究的不斷深入，國內(nèi)的科研團(tuán)隊(duì)在液晶彈性體的合成方法創(chuàng)新和性能優(yōu)化方面取得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果。近年來，國內(nèi)在液晶彈性體的研究方面取得了顯著進(jìn)展。東南大學(xué)的李全教授團(tuán)隊(duì)通過將四芳基琥珀腈（TASN）與聚硅氧烷基液晶彈性體（LCE）相結(jié)合，成功合成了TASN-LCE材料。這種材料不僅具有良好的可逆變形能力，還具備力致變色性能，能夠在受到外力作用時(shí)改變顏色，為偽裝材料和智能傳感器的發(fā)展提供了新的思路。北京化工大學(xué)的郭金寶教授課題組制備出含動(dòng)態(tài)亞胺鍵的LCE材料，該材料在紫外光照射下表現(xiàn)出明亮的青色熒光，同時(shí)具備自發(fā)光、自修復(fù)、致動(dòng)和適應(yīng)性重新編程等多種功能，可應(yīng)用于信息存儲(chǔ)與防偽、智能機(jī)器人和自愈合熒光纖維等多個(gè)領(lǐng)域，為多功能液晶彈性體的開發(fā)開辟了新的方向。然而，對(duì)于單層雙相態(tài)液晶彈性體的研究，目前在國內(nèi)外都仍處于相對(duì)初級(jí)的階段。雖然已經(jīng)有一些關(guān)于其制備方法和基本性能的研究報(bào)道，但在許多關(guān)鍵領(lǐng)域仍存在不足。在制備方法上，現(xiàn)有的制備工藝往往存在過程復(fù)雜、成本高昂的問題，且難以精確控制材料的相態(tài)結(jié)構(gòu)和微觀形貌。這不僅限制了單層雙相態(tài)液晶彈性體的大規(guī)模生產(chǎn)，也影響了其性能的穩(wěn)定性和一致性。在性能研究方面，對(duì)單層雙相態(tài)液晶彈性體的多場響應(yīng)行為和微觀機(jī)理的理解還不夠深入。目前的研究主要集中在材料對(duì)單一刺激的響應(yīng)上，而對(duì)于其在多場耦合作用下的復(fù)雜響應(yīng)行為，如同時(shí)受到熱、光、電等多種刺激時(shí)的性能變化，研究還相對(duì)較少。此外，對(duì)于材料內(nèi)部相態(tài)結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系，也缺乏系統(tǒng)而深入的研究，這使得在優(yōu)化材料性能時(shí)缺乏足夠的理論指導(dǎo)。在應(yīng)用研究方面，單層雙相態(tài)液晶彈性體的應(yīng)用領(lǐng)域還相對(duì)狹窄，主要集中在一些實(shí)驗(yàn)室研究階段的應(yīng)用，如新型傳感器和微納器件等。要將其廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和生活中，還需要解決許多技術(shù)難題，如與其他材料的兼容性、長期穩(wěn)定性和可靠性等問題。盡管液晶彈性體的研究已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但單層雙相態(tài)液晶彈性體作為一種新型的智能材料，仍有許多未知的領(lǐng)域等待探索。深入研究其制備方法、性能調(diào)控和應(yīng)用技術(shù)，對(duì)于推動(dòng)智能材料的發(fā)展具有重要意義。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文主要聚焦于單層雙相態(tài)液晶彈性體的制備與性能研究，具體涵蓋以下關(guān)鍵內(nèi)容：材料制備：系統(tǒng)研究單層雙相態(tài)液晶彈性體的制備工藝，著重探究不同制備方法對(duì)材料相態(tài)結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響。嘗試改進(jìn)現(xiàn)有的制備工藝，引入新的技術(shù)和手段，以降低制備過程的復(fù)雜性和成本。例如，探索采用新型的交聯(lián)劑或催化劑，優(yōu)化交聯(lián)反應(yīng)的條件，精確控制材料的交聯(lián)度和相態(tài)結(jié)構(gòu)。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等先進(jìn)的微觀表征技術(shù)，深入分析材料的微觀形貌和相態(tài)分布，為后續(xù)的性能研究提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。性能表征：全面表征單層雙相態(tài)液晶彈性體的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和刺激響應(yīng)性能。在力學(xué)性能方面，利用萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長率等關(guān)鍵參數(shù)，深入分析材料在不同受力條件下的力學(xué)行為。采用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）技術(shù)，研究材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，如儲(chǔ)能模量、損耗模量和阻尼因子等，揭示材料的粘彈性特性。在熱學(xué)性能方面，通過差示掃描量熱儀（DSC）測(cè)量材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔點(diǎn)和熱焓等參數(shù)，了解材料的熱穩(wěn)定性和相變行為。運(yùn)用熱重分析（TGA）技術(shù)，研究材料在不同溫度下的熱分解行為，評(píng)估材料的熱穩(wěn)定性。在刺激響應(yīng)性能方面，系統(tǒng)研究材料對(duì)溫度、光、電等外界刺激的響應(yīng)特性。例如，通過光學(xué)顯微鏡觀察材料在溫度變化下的形變行為，利用光致發(fā)光光譜儀研究材料對(duì)光刺激的響應(yīng)，采用電化學(xué)工作站測(cè)試材料對(duì)電刺激的響應(yīng)，深入揭示材料的刺激響應(yīng)機(jī)制。結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究：深入剖析單層雙相態(tài)液晶彈性體的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。借助X射線衍射（XRD）、核磁共振（NMR）等結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，準(zhǔn)確測(cè)定材料的晶體結(jié)構(gòu)、分子取向和相態(tài)組成等微觀結(jié)構(gòu)信息。將這些微觀結(jié)構(gòu)信息與材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和刺激響應(yīng)性能進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，建立起結(jié)構(gòu)與性能之間的定量關(guān)系模型。通過對(duì)模型的深入研究，揭示材料性能的內(nèi)在物理機(jī)制，為材料的性能優(yōu)化和應(yīng)用開發(fā)提供有力的理論指導(dǎo)。1.3.2研究方法為了深入開展單層雙相態(tài)液晶彈性體的研究工作，本文將綜合運(yùn)用多種研究方法：實(shí)驗(yàn)研究法：這是本文研究的核心方法。通過精心設(shè)計(jì)并實(shí)施一系列實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究單層雙相態(tài)液晶彈性體的制備與性能。在材料制備實(shí)驗(yàn)中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，如原料的配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等，精確制備出不同結(jié)構(gòu)和性能的單層雙相態(tài)液晶彈性體樣品。在性能表征實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)，對(duì)樣品的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和刺激響應(yīng)性能進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的測(cè)試和分析。通過實(shí)驗(yàn)研究，獲取大量的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為后續(xù)的理論分析和模型建立提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支持。理論分析方法：運(yùn)用高分子物理、材料力學(xué)等相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)單層雙相態(tài)液晶彈性體的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能進(jìn)行深入的理論分析。從分子層面出發(fā)，解釋材料的相態(tài)結(jié)構(gòu)形成機(jī)制和變化規(guī)律。例如，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究分子間的相互作用和運(yùn)動(dòng)行為，揭示材料在不同條件下的微觀結(jié)構(gòu)演變過程。從宏觀層面出發(fā)，分析材料的力學(xué)性能和熱學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。例如，運(yùn)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，建立材料的力學(xué)性能模型，預(yù)測(cè)材料在不同受力條件下的力學(xué)響應(yīng)。通過理論分析，深入理解材料性能的本質(zhì)，為實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)。數(shù)值模擬方法：借助計(jì)算機(jī)模擬軟件，如MaterialsStudio、COMSOLMultiphysics等，對(duì)單層雙相態(tài)液晶彈性體的制備過程和性能進(jìn)行數(shù)值模擬。在制備過程模擬中，通過建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，模擬不同制備條件下材料的交聯(lián)反應(yīng)過程，預(yù)測(cè)材料的結(jié)構(gòu)和性能。在性能模擬中，利用有限元分析方法，模擬材料在不同外界刺激下的響應(yīng)行為，如熱膨脹、光致形變等。通過數(shù)值模擬，可以在計(jì)算機(jī)上快速、高效地研究材料的性能，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)和成本，同時(shí)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和解釋提供有力的輔助手段。二、液晶及液晶彈性體基礎(chǔ)理論2.1液晶的分類與特性2.1.1液晶的分類液晶的分類方式豐富多樣，依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可將液晶劃分為不同的類別。按形態(tài)來分，液晶可呈現(xiàn)出向列型、近晶型和膽甾型這三種織態(tài)結(jié)構(gòu)。向列型液晶的分子排列展現(xiàn)出獨(dú)特的特征，其分子長軸方向彼此平行，然而分子重心位置卻呈現(xiàn)出無序狀態(tài)，這使得向列型液晶具備顯著的流動(dòng)性，從整體上看，呈現(xiàn)出一維有序結(jié)構(gòu)。在液晶顯示器（LCD）中，向列型液晶得到了廣泛的應(yīng)用，它能夠依據(jù)電場的變化靈活地調(diào)整分子取向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)光的精確控制，這一特性為液晶顯示器呈現(xiàn)清晰的圖像提供了關(guān)鍵支持。近晶型液晶的分子則分層排列，在每一層內(nèi)，分子長軸相互平行，并且垂直于層與層之間的接觸面。這種有序的排列方式使得近晶型液晶的規(guī)整性與晶體較為相似，呈現(xiàn)出二維有序結(jié)構(gòu)。不過，分子在本層內(nèi)雖能自由移動(dòng)，但無法在層間移動(dòng)，導(dǎo)致其流動(dòng)性相對(duì)較差，粘度較大。在一些對(duì)材料有序性要求較高的領(lǐng)域，如某些特殊的光學(xué)器件和納米結(jié)構(gòu)材料中，近晶型液晶的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能得到了充分的利用。膽甾型液晶的分子同樣排列成多層，每層內(nèi)分子的排列方式與向列型類似，分子長軸平行于層的平面。但不同層間的分子長軸逐漸偏轉(zhuǎn)，形成了螺旋狀的結(jié)構(gòu)。這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予了膽甾型液晶獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，使其在光學(xué)傳感器和智能窗口等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。例如，膽甾型液晶能夠選擇性地反射特定波長的光，利用這一特性可以制造出具有特殊光學(xué)效果的傳感器，用于檢測(cè)環(huán)境中的微小變化。根據(jù)形成條件的差異，液晶又可分為熱致型液晶和溶致型液晶。熱致型液晶是指在加熱熔融時(shí)，不會(huì)完全喪失其晶體特性，仍能保持一定有序性的液晶。這類液晶的液晶相是由溫度變化所引發(fā)的，存在一個(gè)特定的溫度范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)液晶能夠穩(wěn)定存在，當(dāng)溫度超出這個(gè)范圍時(shí)，液晶相將發(fā)生轉(zhuǎn)變。熱致型液晶在材料科學(xué)和電子學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如在顯示技術(shù)中，熱致型液晶的溫度響應(yīng)特性被用于制造能夠根據(jù)環(huán)境溫度變化而改變顯示效果的智能顯示器。溶致型液晶則是在溶液中，當(dāng)液晶分子溶解達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)有序排列的現(xiàn)象。溶致型液晶的形成與溶液的濃度密切相關(guān)，只有在特定的濃度范圍內(nèi)，液晶分子才能形成有序的排列結(jié)構(gòu)。許多生物體系中都存在溶致型液晶，如細(xì)胞膜中的脂質(zhì)雙分子層就具有溶致型液晶的特征，這表明溶致型液晶在生命科學(xué)領(lǐng)域中可能發(fā)揮著重要的作用。在藥物輸送系統(tǒng)中，溶致型液晶可以作為載體，通過控制其在溶液中的濃度和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的精確輸送和釋放，提高藥物的治療效果。從分子結(jié)構(gòu)特征的角度出發(fā)，液晶還可分為主鏈型、側(cè)鏈型和混合型液晶。主鏈型液晶的剛性部分位于主鏈上，形成了一個(gè)連續(xù)且剛性的主鏈結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得主鏈型液晶在力學(xué)性能、刺激響應(yīng)形變能力和驅(qū)動(dòng)應(yīng)力等方面表現(xiàn)出色。由于液晶基元直接參與主鏈的構(gòu)成，主鏈型液晶通常具有較高的模量和強(qiáng)度，能夠承受較大的外力而不發(fā)生明顯的變形。在受到外界刺激時(shí)，液晶基元的相轉(zhuǎn)變能夠更有效地傳遞到整個(gè)分子鏈，從而產(chǎn)生較大的可逆形狀變化，具有良好的刺激響應(yīng)性能。在航空航天領(lǐng)域，對(duì)材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性要求極高，主鏈型液晶的這些優(yōu)異性能使其成為制造飛行器結(jié)構(gòu)部件和智能材料的理想選擇。側(cè)鏈型液晶的剛性部分通過柔性間隔鏈連接到聚合物的主鏈上，作為側(cè)鏈存在。柔性間隔鏈的存在減少了液晶基元與主鏈之間的相互作用，使得液晶基元能夠相對(duì)獨(dú)立地發(fā)生取向變化。這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)賦予了側(cè)鏈型液晶較好的柔性，使其具有較低的模量和較高的斷裂伸長率。在受到外界刺激時(shí)，液晶基元在側(cè)鏈上的分布使得材料的取向變化更容易發(fā)生，從而表現(xiàn)出較快的響應(yīng)速度和較大的形變量。在可穿戴電子設(shè)備中，需要材料具備良好的柔韌性和可拉伸性，以適應(yīng)人體的各種運(yùn)動(dòng)，側(cè)鏈型液晶的這些特性使其成為制造柔性可穿戴設(shè)備的重要材料，如用于制造智能手環(huán)、智能服裝等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體的生理參數(shù)，并根據(jù)人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整功能?；旌闲鸵壕t兼具主鏈型和側(cè)鏈型液晶的特點(diǎn)，在聚合物的主鏈和側(cè)鏈上都含有液晶基元。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得混合型液晶能夠綜合主鏈型和側(cè)鏈型的性能優(yōu)勢(shì)，通過巧妙地調(diào)整主鏈和側(cè)鏈上液晶基元的比例和結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的精細(xì)調(diào)控?；旌闲鸵壕У男阅鼙憩F(xiàn)較為復(fù)雜，根據(jù)具體的設(shè)計(jì)和合成方法，在力學(xué)性能、刺激響應(yīng)性能等方面能夠展現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。例如，可以通過增加主鏈上液晶基元的含量來提高材料的強(qiáng)度和模量，同時(shí)通過側(cè)鏈上液晶基元的作用來增強(qiáng)材料的響應(yīng)速度和形變量。在一些對(duì)材料性能要求極為苛刻的高端應(yīng)用領(lǐng)域，如先進(jìn)的光學(xué)器件和高性能的傳感器中，混合型液晶能夠滿足這些復(fù)雜的性能需求，展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。2.1.2液晶的特性液晶具有一系列獨(dú)特的特性，這些特性使其在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的應(yīng)用價(jià)值。流動(dòng)性是液晶的顯著特性之一，盡管液晶分子存在一定的有序排列，但它們依然能夠相對(duì)自由地移動(dòng)，這使得液晶具備了液體的流動(dòng)性。在液晶顯示器中，液晶分子的流動(dòng)性使得它們能夠在外加電場的作用下迅速改變?nèi)∠?，從而?shí)現(xiàn)對(duì)光的快速調(diào)制，為顯示器呈現(xiàn)清晰、動(dòng)態(tài)的圖像提供了基礎(chǔ)。在一些微流控芯片中，液晶的流動(dòng)性也被巧妙利用，用于精確控制微小流體的流動(dòng)和混合，實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)和化學(xué)分析等功能。各向異性是液晶的另一重要特性，這意味著液晶在不同方向上的物理性質(zhì)存在差異。在光學(xué)方面，液晶分子的長軸和短軸方向具有不同的折射率，這種光學(xué)各向異性使得液晶表現(xiàn)出旋光性和雙折射性等獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)。利用液晶的雙折射性，可以制造出各種光學(xué)器件，如相位調(diào)制器、光開關(guān)和光濾波器等。在光通信領(lǐng)域，這些光學(xué)器件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光信號(hào)的精確調(diào)控，提高光通信的效率和容量。在電學(xué)方面，液晶分子的極性基團(tuán)在電場作用下會(huì)發(fā)生取向變化，導(dǎo)致介電常數(shù)在不同方向上有所不同，即具有介電各向異性。這一特性使得液晶能夠產(chǎn)生電光效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)等電學(xué)現(xiàn)象。在液晶顯示技術(shù)中，電光效應(yīng)被廣泛應(yīng)用，通過控制外加電場的強(qiáng)度，可以精確調(diào)節(jié)液晶分子的取向，從而改變液晶對(duì)光的透過率，實(shí)現(xiàn)圖像的顯示。熱穩(wěn)定性也是液晶的重要特性之一，許多液晶能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的液晶相。這一特性使得液晶在不同的環(huán)境溫度下都能正常工作，拓寬了其應(yīng)用范圍。在汽車儀表盤的液晶顯示中，需要液晶材料能夠在不同的環(huán)境溫度下保持穩(wěn)定的顯示性能，熱穩(wěn)定性良好的液晶材料能夠滿足這一需求，確保駕駛員在各種溫度條件下都能清晰地讀取儀表盤上的信息。在工業(yè)控制和航空航天等領(lǐng)域，對(duì)液晶材料的熱穩(wěn)定性要求也非常高，以保證設(shè)備在極端溫度環(huán)境下的可靠運(yùn)行。液晶的這些特性相互關(guān)聯(lián)，共同決定了其在材料應(yīng)用中的重要性。在顯示技術(shù)中，液晶的流動(dòng)性、各向異性和電光效應(yīng)相互配合，使得液晶顯示器能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率、低功耗和快速響應(yīng)的顯示效果。在傳感器領(lǐng)域，液晶的光學(xué)各向異性和對(duì)環(huán)境變化的敏感特性，使其能夠作為高靈敏度的傳感器材料，用于檢測(cè)溫度、壓力、濕度和生物分子等各種物理量和化學(xué)物質(zhì)。通過將液晶與納米材料或生物分子相結(jié)合，可以進(jìn)一步拓展液晶傳感器的功能和應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子的特異性檢測(cè)和生物醫(yī)學(xué)診斷等功能。2.2液晶彈性體概述2.2.1液晶彈性體的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)液晶彈性體（LiquidCrystalElastomers，LCEs）是一種獨(dú)特的高分子材料，它由液晶聚合物經(jīng)過適度交聯(lián)而形成。這種特殊的制備方式賦予了液晶彈性體獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能。從分子結(jié)構(gòu)上看，液晶彈性體包含液晶基元，這些液晶基元在分子鏈中起到關(guān)鍵作用。液晶基元的排列方式?jīng)Q定了液晶彈性體的有序性和各向異性。在液晶彈性體中，液晶基元可以通過不同的方式連接到聚合物主鏈上，形成不同類型的液晶彈性體，如主鏈型、側(cè)鏈型和混合型液晶彈性體。主鏈型液晶彈性體的液晶基元位于聚合物的主鏈上，形成一個(gè)連續(xù)的、剛性的主鏈結(jié)構(gòu)。液晶基元之間通過化學(xué)鍵緊密連接，使得整個(gè)分子鏈具有較高的剛性和有序性。這種結(jié)構(gòu)使得主鏈型液晶彈性體在力學(xué)性能、刺激響應(yīng)形變能力和驅(qū)動(dòng)應(yīng)力等方面表現(xiàn)出色。由于液晶基元直接參與主鏈的構(gòu)成，主鏈型液晶彈性體通常具有較高的模量和強(qiáng)度，能夠承受較大的外力而不發(fā)生明顯的變形。在受到外界刺激時(shí)，液晶基元的相轉(zhuǎn)變能夠更有效地傳遞到整個(gè)分子鏈，從而產(chǎn)生較大的可逆形狀變化，具有良好的刺激響應(yīng)性能。在航空航天領(lǐng)域，對(duì)材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性要求極高，主鏈型液晶彈性體的這些優(yōu)異性能使其成為制造飛行器結(jié)構(gòu)部件和智能材料的理想選擇。側(cè)鏈型液晶彈性體的液晶基元?jiǎng)t通過柔性間隔鏈連接到聚合物的主鏈上，作為側(cè)鏈存在。柔性間隔鏈的作用是減少液晶基元與主鏈之間的相互作用，使液晶基元能夠相對(duì)獨(dú)立地發(fā)生取向變化。這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)賦予了側(cè)鏈型液晶彈性體較好的柔性，使其具有較低的模量和較高的斷裂伸長率。在受到外界刺激時(shí)，液晶基元在側(cè)鏈上的分布使得材料的取向變化更容易發(fā)生，從而表現(xiàn)出較快的響應(yīng)速度和較大的形變量。在可穿戴電子設(shè)備中，需要材料具備良好的柔韌性和可拉伸性，以適應(yīng)人體的各種運(yùn)動(dòng)，側(cè)鏈型液晶彈性體的這些特性使其成為制造柔性可穿戴設(shè)備的重要材料，如用于制造智能手環(huán)、智能服裝等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體的生理參數(shù)，并根據(jù)人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整功能?；旌闲鸵壕椥泽w兼具主鏈型和側(cè)鏈型液晶彈性體的特點(diǎn)，在聚合物的主鏈和側(cè)鏈上都含有液晶基元。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得混合型液晶彈性體能夠綜合主鏈型和側(cè)鏈型的性能優(yōu)勢(shì)，通過調(diào)整主鏈和側(cè)鏈上液晶基元的比例和結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的精細(xì)調(diào)控。混合型液晶彈性體的性能較為復(fù)雜，可以根據(jù)具體的設(shè)計(jì)和合成方法，在力學(xué)性能、刺激響應(yīng)性能等方面表現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。例如，可以通過增加主鏈上液晶基元的含量來提高材料的強(qiáng)度和模量，同時(shí)通過側(cè)鏈上液晶基元的作用來增強(qiáng)材料的響應(yīng)速度和形變量。在一些對(duì)材料性能要求極為苛刻的高端應(yīng)用領(lǐng)域，如先進(jìn)的光學(xué)器件和高性能的傳感器中，混合型液晶彈性體能夠滿足這些復(fù)雜的性能需求，展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。液晶彈性體的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也對(duì)其性能產(chǎn)生重要影響。交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的存在使得液晶彈性體具有一定的彈性和形狀記憶能力。當(dāng)液晶彈性體受到外力作用時(shí)，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能夠限制分子鏈的運(yùn)動(dòng)，使其發(fā)生彈性形變。當(dāng)外力去除后，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能夠促使分子鏈恢復(fù)到原來的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)形狀記憶功能。交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的密度和結(jié)構(gòu)會(huì)影響液晶彈性體的彈性模量、斷裂伸長率和形狀記憶性能等。通過調(diào)整交聯(lián)劑的種類和用量，可以精確控制交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性能，從而滿足不同應(yīng)用場景的需求。液晶彈性體獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)使其兼具液晶和彈性體的雙重特性。它既具有液晶的取向有序性和各向異性，能夠?qū)囟?、光、電、磁場等外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)可逆的形狀變化；又具有彈性體的柔韌性和彈性，能夠在受力時(shí)發(fā)生彈性形變，并在力去除后恢復(fù)原狀。這種雙重特性使得液晶彈性體在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。2.2.2液晶彈性體的分類液晶彈性體的種類豐富多樣，依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行多種分類。根據(jù)液晶基元的類型，可將液晶彈性體分為向列型、近晶型和膽甾型液晶彈性體。向列型液晶彈性體中的液晶基元呈棒狀，分子長軸方向彼此平行，但分子重心位置無序，呈現(xiàn)出一維有序結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得向列型液晶彈性體具有較好的流動(dòng)性和較大的形變能力，在受到外界刺激時(shí)，能夠快速改變分子取向，從而實(shí)現(xiàn)顯著的形狀變化。在一些微流控芯片和柔性傳感器中，向列型液晶彈性體被廣泛應(yīng)用，利用其快速響應(yīng)和大形變的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)微小流體的精確控制和對(duì)物理量的高靈敏度檢測(cè)。近晶型液晶彈性體的液晶基元分層排列，每一層內(nèi)分子長軸相互平行且垂直于層間接觸面，呈現(xiàn)出二維有序結(jié)構(gòu)。由于分子在層內(nèi)的有序排列和層間相對(duì)較弱的相互作用，近晶型液晶彈性體的流動(dòng)性較差，但具有較高的穩(wěn)定性和有序性。在一些對(duì)材料穩(wěn)定性和取向精度要求較高的領(lǐng)域，如有機(jī)薄膜晶體管和納米結(jié)構(gòu)材料中，近晶型液晶彈性體的獨(dú)特性能得到了充分的利用。它能夠?yàn)槠骷峁┓€(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐，并實(shí)現(xiàn)精確的分子取向控制，從而提高器件的性能和可靠性。膽甾型液晶彈性體的液晶基元排列成多層，每層內(nèi)分子排列類似向列型，但不同層間分子長軸逐漸偏轉(zhuǎn)，形成螺旋狀結(jié)構(gòu)。這種特殊的螺旋結(jié)構(gòu)賦予了膽甾型液晶彈性體獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，如選擇性反射和圓二色性等。在外界刺激下，膽甾型液晶彈性體的螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)改變?；谶@些特性，膽甾型液晶彈性體可用于制作光學(xué)傳感器、智能窗口和防偽材料等。在光學(xué)傳感器中，它能夠通過檢測(cè)光的反射和吸收變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)的精確測(cè)量；在智能窗口中，能夠根據(jù)外界光線的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)窗口的透明度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適的效果；在防偽材料中，利用其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，制作出難以復(fù)制的防偽標(biāo)識(shí)，提高產(chǎn)品的安全性。按照響應(yīng)方式的不同，液晶彈性體可分為熱響應(yīng)、光響應(yīng)和磁響應(yīng)液晶彈性體等。熱響應(yīng)液晶彈性體對(duì)溫度變化敏感，當(dāng)溫度改變時(shí)，液晶基元的取向會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致材料的形狀和性能發(fā)生改變。這種熱致形變特性使得熱響應(yīng)液晶彈性體在4D打印、智能溫控器件和形狀記憶材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在4D打印中，通過控制溫度，可以實(shí)現(xiàn)打印結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化和自組裝，為制造復(fù)雜的智能結(jié)構(gòu)提供了新的途徑；在智能溫控器件中，能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)器件的性能，實(shí)現(xiàn)智能化的溫度控制；在形狀記憶材料中，通過加熱和冷卻過程，實(shí)現(xiàn)材料形狀的可逆變化，用于制造可恢復(fù)形狀的零部件和智能包裝材料。光響應(yīng)液晶彈性體含有偶氮苯基團(tuán)等光敏基團(tuán)，能夠在光照下發(fā)生光異構(gòu)化反應(yīng)，從而引起分子取向和材料形狀的改變。這種光致形變特性使得光響應(yīng)液晶彈性體在光控智能器件、光驅(qū)動(dòng)微機(jī)器人和光學(xué)信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在光控智能器件中，通過控制光的強(qiáng)度、波長和照射時(shí)間，可以精確地調(diào)控器件的性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的快速響應(yīng)和處理；在光驅(qū)動(dòng)微機(jī)器人中，利用光響應(yīng)液晶彈性體的光致形變特性，實(shí)現(xiàn)微機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)和操作，為微小物體的操控和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了新的手段；在光學(xué)信息存儲(chǔ)中，通過光致分子取向的變化，實(shí)現(xiàn)信息的寫入、讀取和擦除，為高速、大容量的光學(xué)信息存儲(chǔ)提供了新的解決方案。磁響應(yīng)液晶彈性體則通過引入磁性納米粒子等方式，使其能夠在磁場作用下發(fā)生形變。磁響應(yīng)液晶彈性體在制動(dòng)器、軟體機(jī)器人和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在制動(dòng)器中，利用磁場對(duì)液晶彈性體的作用，實(shí)現(xiàn)快速、精確的制動(dòng)控制；在軟體機(jī)器人中，通過磁場控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和變形，使其能夠適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境和任務(wù)需求；在生物醫(yī)學(xué)工程中，用于制造可遠(yuǎn)程操控的醫(yī)療器械和生物傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和治療。2.2.3液晶彈性體的應(yīng)用領(lǐng)域液晶彈性體憑借其獨(dú)特的性能，在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。在機(jī)器人制造領(lǐng)域，液晶彈性體的應(yīng)用為軟體機(jī)器人的發(fā)展注入了新的活力。軟體機(jī)器人相較于傳統(tǒng)剛性機(jī)器人，具有更好的柔韌性和適應(yīng)性，能夠在復(fù)雜環(huán)境中完成各種任務(wù)。液晶彈性體的可逆形變特性使其成為制造軟體機(jī)器人的理想材料。通過合理設(shè)計(jì)液晶彈性體的結(jié)構(gòu)和響應(yīng)方式，可以實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)和形狀變化。例如，在微納機(jī)器人領(lǐng)域，利用液晶彈性體的光響應(yīng)特性，制造出能夠在光驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行微操作的機(jī)器人，可用于生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)和微納加工等領(lǐng)域。在大型軟體機(jī)器人方面，熱響應(yīng)液晶彈性體可用于制造能夠根據(jù)環(huán)境溫度變化而改變形狀和運(yùn)動(dòng)方式的機(jī)器人，使其能夠適應(yīng)不同的工作環(huán)境。在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，液晶彈性體同樣發(fā)揮著重要作用。它可用于制造醫(yī)療假肢，為殘障人士提供更加舒適、靈活的肢體替代方案。液晶彈性體的柔軟性和可變形性能夠使其更好地貼合人體肢體，減少不適感。同時(shí)，通過對(duì)液晶彈性體進(jìn)行功能化設(shè)計(jì)，如引入傳感器和執(zhí)行器等，可以實(shí)現(xiàn)假肢的智能化控制，使其能夠根據(jù)人體的運(yùn)動(dòng)意圖和環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此外，液晶彈性體還可應(yīng)用于藥物輸送系統(tǒng)。通過利用液晶彈性體對(duì)溫度、光等外界刺激的響應(yīng)特性，可以實(shí)現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)釋放。例如，將藥物包裹在液晶彈性體材料中，當(dāng)受到特定的溫度或光刺激時(shí)，液晶彈性體發(fā)生形變，從而釋放出藥物，提高藥物治療的效果和靶向性。電子電氣領(lǐng)域也是液晶彈性體的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展，對(duì)材料的柔韌性和可拉伸性提出了更高的要求。液晶彈性體的柔軟性和彈性使其成為制造柔性可穿戴設(shè)備的理想選擇。利用液晶彈性體可以制造出智能手環(huán)、智能服裝等可穿戴設(shè)備，這些設(shè)備不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體的生理參數(shù)，如心率、血壓、體溫等，還能根據(jù)人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整功能。例如，智能服裝中的液晶彈性體材料可以根據(jù)人體的體溫變化自動(dòng)調(diào)節(jié)服裝的透氣性，提供更加舒適的穿著體驗(yàn)。此外，液晶彈性體還可用于制造柔性電路和傳感器，為電子設(shè)備的小型化和柔性化發(fā)展提供了技術(shù)支持。在光學(xué)器件領(lǐng)域，液晶彈性體的應(yīng)用為光學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來了新的突破。由于液晶彈性體具有獨(dú)特的光學(xué)各向異性和可逆形變特性，可用于制造可調(diào)諧光學(xué)元件，如濾光片、透鏡和光開關(guān)等。通過外界刺激，如溫度、光、電等，可以精確控制液晶彈性體的分子取向和形狀，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光的強(qiáng)度、波長和偏振等參數(shù)的精確調(diào)控。在光通信領(lǐng)域，液晶彈性體可調(diào)諧濾光片能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同波長光信號(hào)的快速切換和篩選，提高光通信的效率和容量；在顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器中，液晶彈性體透鏡可以實(shí)現(xiàn)焦距的連續(xù)調(diào)節(jié)，提高成像質(zhì)量和觀測(cè)效果；在光開關(guān)中，液晶彈性體能夠?qū)崿F(xiàn)光信號(hào)的快速開關(guān)控制，為光信息處理和傳輸提供了高效的手段。三、單層雙相態(tài)液晶彈性體的制備3.1制備原理與方法3.1.1動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)法動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)法是制備單層雙相態(tài)液晶彈性體的重要方法之一，其原理基于動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的獨(dú)特性質(zhì)。動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵是一類具有可逆性的共價(jià)鍵，在一定條件下能夠發(fā)生斷裂和重新形成。在制備單層雙相態(tài)液晶彈性體時(shí)，利用動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵對(duì)液晶聚合物進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，可形成具有特定結(jié)構(gòu)和性能的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。以硼酸酯鍵為例，硼酸與含有羥基的化合物反應(yīng)能夠形成硼酸酯鍵，該鍵在一定的溫度、pH值或特定的化學(xué)環(huán)境下具有可逆性。在制備過程中，將含有硼酸基團(tuán)的液晶單體與含有羥基的交聯(lián)劑混合，在適當(dāng)?shù)臈l件下，硼酸酯鍵形成，實(shí)現(xiàn)液晶聚合物的交聯(lián)。當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，硼酸酯鍵又能夠斷裂，使得交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有一定的動(dòng)態(tài)性，從而賦予液晶彈性體獨(dú)特的性能。動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)法具有諸多優(yōu)勢(shì)。這種方法能夠制備出高質(zhì)量的液晶彈性體。由于動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的可逆性，在交聯(lián)過程中，分子鏈能夠進(jìn)行自我調(diào)整和優(yōu)化，從而形成更加均勻、穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提高液晶彈性體的性能。動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)法為液晶彈性體賦予了獨(dú)特的性能，如自修復(fù)性和可回收性。當(dāng)液晶彈性體受到損傷時(shí)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵能夠重新形成，實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)；在回收利用時(shí)，通過改變條件使動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵斷裂，能夠?qū)⒁壕椥泽w重新加工和重塑，降低材料的浪費(fèi)，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在制備單層雙相態(tài)液晶彈性體時(shí)，動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)法的具體應(yīng)用過程較為復(fù)雜。需要精確選擇合適的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵體系和液晶單體。不同的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵具有不同的反應(yīng)條件和穩(wěn)定性，需要根據(jù)目標(biāo)液晶彈性體的性能要求進(jìn)行選擇。同時(shí)，液晶單體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也會(huì)影響交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成和液晶彈性體的性能。在交聯(lián)反應(yīng)過程中，要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，如溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物的比例等。這些條件的微小變化都可能對(duì)動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的形成和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響液晶彈性體的性能。例如，反應(yīng)溫度過高可能導(dǎo)致動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的過度斷裂，影響交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；反應(yīng)時(shí)間過短則可能導(dǎo)致交聯(lián)不完全，使液晶彈性體的性能無法達(dá)到預(yù)期。3.1.2后交聯(lián)法后交聯(lián)法是一種在液晶聚合物合成后，通過引入交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)的制備方法。該方法的操作流程相對(duì)復(fù)雜，首先需要合成含有潛在交聯(lián)基團(tuán)的線性液晶聚合物。這些潛在交聯(lián)基團(tuán)可以是雙鍵、環(huán)氧基、羥基等，它們?cè)诤罄m(xù)的交聯(lián)反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。以含有雙鍵的線性液晶聚合物為例，通常采用溶液聚合法或乳液聚合法進(jìn)行合成。在合成過程中，精確控制反應(yīng)條件，如溫度、引發(fā)劑的用量、單體的濃度等，以確保合成出具有特定分子量和結(jié)構(gòu)的線性液晶聚合物。合成得到線性液晶聚合物后，將其與交聯(lián)劑混合，在一定條件下引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。交聯(lián)劑的種類和用量對(duì)交聯(lián)反應(yīng)的效果和最終產(chǎn)物的性能有著重要影響。對(duì)于含有雙鍵的線性液晶聚合物，常用的交聯(lián)劑有過氧化物、含硫化合物等。在交聯(lián)反應(yīng)中，過氧化物分解產(chǎn)生自由基，自由基引發(fā)雙鍵的交聯(lián)反應(yīng)，形成三維的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在反應(yīng)過程中，需要嚴(yán)格控制交聯(lián)反應(yīng)的溫度和時(shí)間。溫度過高可能導(dǎo)致交聯(lián)反應(yīng)過于劇烈，使材料的性能變差；溫度過低則反應(yīng)速率緩慢，影響生產(chǎn)效率。反應(yīng)時(shí)間過長可能導(dǎo)致過度交聯(lián)，使材料變脆；反應(yīng)時(shí)間過短則交聯(lián)不完全，材料的性能無法得到有效提升。后交聯(lián)法具有特定的適用場景。當(dāng)需要制備具有特定結(jié)構(gòu)和性能的液晶彈性體時(shí)，后交聯(lián)法能夠通過精確控制交聯(lián)反應(yīng)的條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控。在制備用于高性能光學(xué)器件的液晶彈性體時(shí)，通過后交聯(lián)法可以精確控制交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的密度和分布，從而優(yōu)化液晶彈性體的光學(xué)性能，使其滿足光學(xué)器件對(duì)材料光學(xué)均勻性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。后交聯(lián)法還適用于對(duì)現(xiàn)有線性液晶聚合物進(jìn)行改性，通過引入交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提高其力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等。后交聯(lián)法對(duì)產(chǎn)物性能有著顯著的影響。通過后交聯(lián)反應(yīng)，線性液晶聚合物形成了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這大大提高了材料的力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、彈性模量等。交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的存在限制了分子鏈的運(yùn)動(dòng)，使得材料能夠承受更大的外力而不發(fā)生明顯的變形。后交聯(lián)法還能夠提高材料的熱穩(wěn)定性。交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成增加了分子間的相互作用，使得材料在高溫下更難發(fā)生分解和變形，拓寬了其應(yīng)用溫度范圍。在一些高溫環(huán)境下的應(yīng)用中，如航空航天領(lǐng)域的零部件制造，后交聯(lián)法制備的液晶彈性體能夠更好地滿足材料對(duì)熱穩(wěn)定性的要求。3.1.3物理交聯(lián)法物理交聯(lián)法是利用物理相互作用，如氫鍵、疏水締合、π-π相互作用或范德瓦耳斯力等，在高分子鏈間引入交聯(lián)結(jié)構(gòu)的制備方法。這種方法的特點(diǎn)在于交聯(lián)結(jié)構(gòu)不是基于共價(jià)鍵，而是基于能量相對(duì)較低的物理相互作用。與化學(xué)交聯(lián)相比，物理交聯(lián)具有相互作用能相對(duì)較低的特點(diǎn)，在一定的溫度和壓力等條件下，其形成和解離的時(shí)間尺度可以進(jìn)入觀測(cè)時(shí)間尺度，從而表現(xiàn)出一定的動(dòng)態(tài)可逆性。在制備單層雙相態(tài)液晶彈性體時(shí)，物理交聯(lián)法的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣。對(duì)于含有特定基團(tuán)的液晶聚合物，可以通過氫鍵實(shí)現(xiàn)物理交聯(lián)。例如，含有羧基和氨基的液晶聚合物，在適當(dāng)?shù)臈l件下，羧基和氨基之間能夠形成氫鍵，從而使分子鏈相互連接，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在一些研究中，通過將含有羧基的液晶單體與含有氨基的化合物混合，在特定的溫度和pH值條件下，成功制備出了通過氫鍵物理交聯(lián)的液晶彈性體。這種液晶彈性體在一定溫度范圍內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性，當(dāng)溫度升高時(shí)，氫鍵會(huì)逐漸解離，材料的交聯(lián)程度降低，表現(xiàn)出一定的可塑性；當(dāng)溫度降低時(shí)，氫鍵又會(huì)重新形成，材料恢復(fù)到原來的交聯(lián)狀態(tài)，展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)可逆的特性。疏水締合也是實(shí)現(xiàn)物理交聯(lián)的重要方式之一。一些液晶聚合物分子中含有疏水基團(tuán)，在水溶液或特定的溶劑環(huán)境中，疏水基團(tuán)會(huì)相互聚集，形成疏水微區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)分子鏈之間的交聯(lián)。這種交聯(lián)方式在制備具有特殊性能的液晶彈性體時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在制備用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的液晶彈性體時(shí)，利用疏水締合制備的液晶彈性體具有良好的生物相容性，因?yàn)槭杷^(qū)的存在能夠模擬生物膜的結(jié)構(gòu)，減少材料對(duì)生物體的刺激和不良反應(yīng)。π-π相互作用和范德瓦耳斯力也可用于物理交聯(lián)。含有共軛結(jié)構(gòu)的液晶聚合物分子之間能夠通過π-π相互作用形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這種交聯(lián)方式在一些具有光電性能的液晶彈性體制備中得到了應(yīng)用。而范德瓦耳斯力則普遍存在于分子之間，雖然其作用較弱，但在特定的分子結(jié)構(gòu)和排列方式下，也能夠?qū)ξ锢斫宦?lián)起到重要作用。物理交聯(lián)法在特定需求下具有廣泛的應(yīng)用。在制備形狀記憶材料時(shí)，物理交聯(lián)的動(dòng)態(tài)可逆性使得材料能夠在外界刺激下發(fā)生形狀變化，當(dāng)刺激去除后，又能通過物理交聯(lián)的恢復(fù)作用回到原來的形狀。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，物理交聯(lián)法制備的液晶彈性體由于其良好的生物相容性和動(dòng)態(tài)可逆性，可用于制造藥物載體、組織工程支架等。藥物載體需要在體內(nèi)特定的環(huán)境下釋放藥物，物理交聯(lián)的可逆性使得藥物載體能夠根據(jù)環(huán)境變化控制藥物的釋放；組織工程支架則需要與生物體組織良好地結(jié)合，并在一定條件下能夠降解和重塑，物理交聯(lián)法制備的液晶彈性體能夠滿足這些要求。3.2實(shí)驗(yàn)材料與儀器3.2.1實(shí)驗(yàn)材料制備單層雙相態(tài)液晶彈性體需要多種原材料，每種材料都在制備過程中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。液晶單體是構(gòu)成液晶彈性體的基礎(chǔ)單元，其化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能對(duì)最終產(chǎn)物的液晶相態(tài)和性能有著關(guān)鍵影響。常用的液晶單體包括對(duì)甲氧基苯甲酸-4-烯丙氧基聯(lián)苯單酚酯、1,4-雙-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯等。對(duì)甲氧基苯甲酸-4-烯丙氧基聯(lián)苯單酚酯具有良好的液晶性能，其分子結(jié)構(gòu)中的剛性部分和柔性間隔鏈賦予了液晶單體一定的有序性和流動(dòng)性，在液晶彈性體的合成中，它能夠?yàn)椴牧咸峁┓€(wěn)定的液晶相態(tài)和一定的柔韌性。1,4-雙-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯則具有多個(gè)可反應(yīng)的官能團(tuán)，能夠在交聯(lián)反應(yīng)中與其他單體或交聯(lián)劑形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而構(gòu)建起液晶彈性體的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。交聯(lián)劑在液晶彈性體的制備中起著至關(guān)重要的作用，它能夠使液晶單體之間形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，賦予材料彈性和形狀記憶能力。常見的交聯(lián)劑有3,6-二氧雜-1,8-辛烷二硫醇和季戊四醇四-3-巰基丙烯酸酯等。3,6-二氧雜-1,8-辛烷二硫醇含有兩個(gè)硫醇基團(tuán)，能夠與液晶單體中的雙鍵發(fā)生硫醇-烯點(diǎn)擊反應(yīng)，形成穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠有效地限制分子鏈的運(yùn)動(dòng)，提高材料的力學(xué)性能和形狀穩(wěn)定性。季戊四醇四-3-巰基丙烯酸酯則具有四個(gè)巰基丙烯酸酯基團(tuán)，在交聯(lián)反應(yīng)中能夠與多個(gè)液晶單體分子發(fā)生反應(yīng)，形成高度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使材料具有更高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。光引發(fā)劑在光交聯(lián)反應(yīng)中不可或缺，它能夠在光照條件下產(chǎn)生自由基，引發(fā)液晶單體和交聯(lián)劑之間的聚合反應(yīng)。常用的光引發(fā)劑包括2,2-二甲氧基-2苯基苯乙酮、苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦等。2,2-二甲氧基-2苯基苯乙酮在紫外線的照射下，能夠迅速分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)聚合反應(yīng)。其分解速率和產(chǎn)生自由基的效率對(duì)交聯(lián)反應(yīng)的速度和程度有著重要影響。苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦則具有較高的光引發(fā)效率和良好的溶解性，能夠在不同的溶劑體系中有效地引發(fā)聚合反應(yīng)，且對(duì)反應(yīng)體系的穩(wěn)定性影響較小。此外，實(shí)驗(yàn)中還可能用到催化劑，如二氯（1，5－環(huán)辛二烯）鉑，它在某些聚合反應(yīng)中能夠降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，提高制備效率。模板劑，如液晶E7、液晶7CB等，可用于引導(dǎo)液晶單體的排列，影響液晶彈性體的微觀結(jié)構(gòu)和性能。液晶E7作為模板劑，能夠?yàn)橐壕误w的排列提供一定的取向引導(dǎo)，使液晶彈性體形成特定的微觀結(jié)構(gòu)，從而影響其光學(xué)性能和力學(xué)性能。液晶7CB則具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和液晶性能，在作為模板劑時(shí)，能夠與液晶單體相互作用，調(diào)控液晶彈性體的相態(tài)和性能。3.2.2實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)中使用了多種儀器設(shè)備，這些儀器在材料制備和性能測(cè)試過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。反應(yīng)釜是進(jìn)行聚合反應(yīng)的重要設(shè)備，其材質(zhì)通常為不銹鋼或玻璃，具有良好的耐腐蝕性和密封性。在反應(yīng)釜中，能夠精確控制反應(yīng)的溫度、壓力和攪拌速度等參數(shù)，確保反應(yīng)在特定條件下進(jìn)行。在制備液晶彈性體時(shí)，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度和攪拌速度，可以控制液晶單體和交聯(lián)劑的反應(yīng)速率和程度，從而獲得具有特定結(jié)構(gòu)和性能的液晶彈性體。反應(yīng)釜的容積根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)模的不同而有所差異，常見的有500mL、1L等規(guī)格，可根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的反應(yīng)釜。攪拌器用于混合反應(yīng)原料，使反應(yīng)物充分接觸，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。攪拌器的類型有多種，如磁力攪拌器、機(jī)械攪拌器等。磁力攪拌器利用磁場的作用，使磁性攪拌子在反應(yīng)溶液中旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)攪拌的目的。它具有操作簡單、攪拌均勻等優(yōu)點(diǎn)，適用于小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)。機(jī)械攪拌器則通過電機(jī)帶動(dòng)攪拌槳葉旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較強(qiáng)的攪拌力，適用于大規(guī)模的反應(yīng)體系。攪拌器的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)反應(yīng)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般在幾十到幾千轉(zhuǎn)每分鐘之間，以確保反應(yīng)物能夠充分混合，提高反應(yīng)效率。超聲儀用于消除反應(yīng)物料中的氣泡，提高材料的質(zhì)量。超聲儀通過發(fā)射超聲波，使物料中的氣泡受到高頻振動(dòng)的作用，從而破裂并排出。在液晶彈性體制備過程中，氣泡的存在會(huì)影響材料的性能，如降低材料的力學(xué)性能和光學(xué)性能等。使用超聲儀可以有效地消除氣泡，提高材料的均勻性和穩(wěn)定性。超聲儀的功率和頻率是其重要參數(shù)，功率一般在幾十到幾百瓦之間，頻率通常在20kHz到100kHz之間，可根據(jù)物料的性質(zhì)和氣泡的大小選擇合適的超聲參數(shù)。烘箱用于對(duì)材料進(jìn)行交聯(lián)和干燥處理。烘箱能夠提供穩(wěn)定的溫度環(huán)境，使材料在特定溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在干燥處理時(shí)，烘箱能夠去除材料中的水分和溶劑，提高材料的純度和穩(wěn)定性。烘箱的溫度控制精度和均勻性對(duì)材料的性能有著重要影響，一般要求溫度控制精度在±1℃以內(nèi)，溫度均勻性在±5℃以內(nèi)。烘箱的容積根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求的不同而有所差異，常見的有50L、100L等規(guī)格，可根據(jù)材料的用量和實(shí)驗(yàn)規(guī)模選擇合適的烘箱。萬能材料試驗(yàn)機(jī)用于測(cè)試材料的力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長率等。該試驗(yàn)機(jī)通過對(duì)材料施加拉伸、壓縮、彎曲等不同的載荷，測(cè)量材料在受力過程中的應(yīng)力和應(yīng)變變化，從而得到材料的力學(xué)性能參數(shù)。在測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度時(shí)，將液晶彈性體樣品安裝在試驗(yàn)機(jī)的夾具上，逐漸增加拉力，直到樣品斷裂，記錄下斷裂時(shí)的拉力和樣品的伸長量，通過計(jì)算得到拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。在測(cè)試彈性模量時(shí)，通過測(cè)量材料在小變形范圍內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，根據(jù)胡克定律計(jì)算得到彈性模量。萬能材料試驗(yàn)機(jī)的載荷范圍和精度是其重要性能指標(biāo)，載荷范圍一般從幾牛頓到幾十千牛頓不等，精度可達(dá)±0.5%FS（滿量程），能夠滿足不同材料力學(xué)性能測(cè)試的需求。差示掃描量熱儀（DSC）用于測(cè)量材料的熱學(xué)性能，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔點(diǎn)和熱焓等。DSC通過測(cè)量樣品與參比物在相同加熱或冷卻速率下的熱量差，來分析材料的熱轉(zhuǎn)變行為。在測(cè)量玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，隨著溫度的升高，材料從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，此時(shí)會(huì)吸收一定的熱量，DSC曲線會(huì)出現(xiàn)一個(gè)臺(tái)階狀的變化，通過分析曲線的變化確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在測(cè)量熔點(diǎn)時(shí)，材料在熔化過程中會(huì)吸收大量的熱量，DSC曲線會(huì)出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰，根據(jù)吸熱峰的位置確定熔點(diǎn)。DSC的溫度范圍和分辨率對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性有著重要影響，溫度范圍一般從-100℃到500℃左右，分辨率可達(dá)0.1μW，能夠精確測(cè)量材料的熱學(xué)性能參數(shù)。熱重分析儀（TGA）用于研究材料在不同溫度下的熱分解行為，評(píng)估材料的熱穩(wěn)定性。TGA通過測(cè)量樣品在加熱過程中的質(zhì)量變化，來分析材料的熱分解過程。在測(cè)試過程中，隨著溫度的升高，材料中的揮發(fā)性成分逐漸揮發(fā)，質(zhì)量逐漸減小，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，材料開始發(fā)生分解反應(yīng)，質(zhì)量急劇下降。通過分析TGA曲線，可以得到材料的起始分解溫度、分解速率和殘余質(zhì)量等信息，從而評(píng)估材料的熱穩(wěn)定性。TGA的溫度范圍和質(zhì)量分辨率是其重要性能指標(biāo)，溫度范圍一般從室溫到1000℃以上，質(zhì)量分辨率可達(dá)0.1μg，能夠準(zhǔn)確測(cè)量材料在高溫下的質(zhì)量變化。3.3制備工藝流程以動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)法為例，其制備單層雙相態(tài)液晶彈性體的工藝流程如下：首先進(jìn)行原料準(zhǔn)備，按照一定的質(zhì)量比例準(zhǔn)確稱取液晶單體、交聯(lián)劑和光引發(fā)劑等原料。在本實(shí)驗(yàn)中，液晶單體選用對(duì)甲氧基苯甲酸-4-烯丙氧基聯(lián)苯單酚酯，它具有良好的液晶性能，分子結(jié)構(gòu)中的剛性部分和柔性間隔鏈賦予了液晶單體一定的有序性和流動(dòng)性，為液晶彈性體提供穩(wěn)定的液晶相態(tài)和柔韌性；交聯(lián)劑選用3,6-二氧雜-1,8-辛烷二硫醇，其含有兩個(gè)硫醇基團(tuán)，能夠與液晶單體中的雙鍵發(fā)生硫醇-烯點(diǎn)擊反應(yīng)，形成穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，有效限制分子鏈的運(yùn)動(dòng)，提高材料的力學(xué)性能和形狀穩(wěn)定性；光引發(fā)劑選用2,2-二甲氧基-2苯基苯乙酮，在紫外線的照射下，它能夠迅速分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)聚合反應(yīng)。將稱取好的液晶單體和交聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜中，加入適量的有機(jī)溶劑，如甲苯，以促進(jìn)原料的溶解。甲苯具有良好的溶解性和揮發(fā)性，能夠使液晶單體和交聯(lián)劑充分溶解，且在后續(xù)的處理過程中易于揮發(fā)去除。開啟攪拌器，設(shè)置攪拌速度為200r/min，使原料充分混合。攪拌時(shí)間控制在30min，以確保原料混合均勻，為后續(xù)的反應(yīng)奠定良好的基礎(chǔ)。在攪拌過程中，可觀察到溶液逐漸變得均勻透明，表明原料已充分混合。向混合溶液中加入光引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌10min，使光引發(fā)劑均勻分散在溶液中。光引發(fā)劑的均勻分散對(duì)于聚合反應(yīng)的均勻進(jìn)行至關(guān)重要，它能夠在光照條件下產(chǎn)生自由基，引發(fā)液晶單體和交聯(lián)劑之間的聚合反應(yīng)。在加入光引發(fā)劑后，溶液的顏色可能會(huì)發(fā)生輕微變化，這是由于光引發(fā)劑的溶解和分散導(dǎo)致的。將反應(yīng)釜中的溶液轉(zhuǎn)移至模具中，模具的形狀和尺寸可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行選擇。例如，若需要制備薄膜狀的液晶彈性體，可選用平板模具；若需要制備特定形狀的樣品，如圓形或方形樣品，可選用相應(yīng)形狀的模具。轉(zhuǎn)移過程中要注意避免溶液產(chǎn)生氣泡，若有氣泡產(chǎn)生，可使用超聲儀進(jìn)行處理。超聲儀的功率設(shè)置為100W，超聲時(shí)間為15min，通過超聲作用，能夠使溶液中的氣泡破裂并排出，提高材料的質(zhì)量。在超聲過程中，可觀察到溶液中的氣泡逐漸減少，直至消失，溶液變得更加均勻。將裝有溶液的模具放入烘箱中，進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。設(shè)置烘箱溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間為6h。在交聯(lián)反應(yīng)過程中，光引發(fā)劑在光照條件下產(chǎn)生自由基，引發(fā)液晶單體和交聯(lián)劑之間的聚合反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液逐漸固化，形成單層雙相態(tài)液晶彈性體。在烘箱中，可通過觀察模具內(nèi)溶液的狀態(tài)變化，了解交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束后，取出模具，得到初步成型的液晶彈性體。對(duì)初步成型的液晶彈性體進(jìn)行后處理，將其從模具中取出，用甲苯?jīng)_洗多次，以去除表面殘留的未反應(yīng)原料和雜質(zhì)。甲苯的沖洗能夠有效提高液晶彈性體的純度和性能。沖洗后，將液晶彈性體在真空干燥箱中干燥，干燥溫度為50℃，干燥時(shí)間為2h，以去除殘留的溶劑。經(jīng)過干燥處理后，得到最終的單層雙相態(tài)液晶彈性體產(chǎn)品。在干燥過程中，可通過稱量液晶彈性體的質(zhì)量變化，判斷溶劑是否已完全去除。在整個(gè)制備過程中，需注意以下事項(xiàng)：原料的稱量要準(zhǔn)確，以確保反應(yīng)體系中各成分的比例符合要求，從而保證液晶彈性體的性能。反應(yīng)過程中的溫度、時(shí)間和攪拌速度等參數(shù)要嚴(yán)格控制，微小的變化都可能對(duì)反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。例如，溫度過高可能導(dǎo)致反應(yīng)過于劇烈，使材料性能變差；溫度過低則反應(yīng)速率緩慢，影響生產(chǎn)效率。反應(yīng)容器和模具要保持清潔，避免雜質(zhì)的引入，影響液晶彈性體的質(zhì)量。在使用超聲儀消除氣泡時(shí)，要注意超聲時(shí)間和功率的控制，避免對(duì)材料結(jié)構(gòu)造成損傷。后處理過程中的沖洗和干燥要充分，以確保產(chǎn)品的純度和穩(wěn)定性。3.4制備難點(diǎn)與解決方案在單層雙相態(tài)液晶彈性體的制備過程中，面臨著諸多挑戰(zhàn)，需要采取有效的解決方案來克服。相分離控制是一個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)，在制備過程中，由于液晶單體和交聯(lián)劑的相互作用以及反應(yīng)條件的影響，容易出現(xiàn)相分離現(xiàn)象。這可能導(dǎo)致材料的性能不均勻，如力學(xué)性能和刺激響應(yīng)性能的不一致。為了解決這一問題，在原料選擇階段，需要精心挑選具有良好相容性的液晶單體和交聯(lián)劑。通過實(shí)驗(yàn)研究不同液晶單體和交聯(lián)劑的組合，篩選出相容性最佳的體系，以減少相分離的發(fā)生。在反應(yīng)過程中，精確控制反應(yīng)溫度、時(shí)間和攪拌速度等參數(shù)至關(guān)重要。合適的反應(yīng)溫度能夠確保反應(yīng)的順利進(jìn)行，同時(shí)避免因溫度過高或過低導(dǎo)致的相分離；適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣瓤梢允狗磻?yīng)物充分混合，促進(jìn)反應(yīng)的均勻性，從而有效控制相分離，提高材料性能的均勻性。交聯(lián)度均勻性也是制備過程中需要解決的重要問題。交聯(lián)度不均勻會(huì)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能和形狀記憶性能出現(xiàn)差異，影響其實(shí)際應(yīng)用效果。為了實(shí)現(xiàn)交聯(lián)度的均勻性，在交聯(lián)劑的選擇和使用上要格外謹(jǐn)慎。根據(jù)液晶彈性體的具體性能需求，選擇合適的交聯(lián)劑，并精確控制其用量。不同的交聯(lián)劑具有不同的反應(yīng)活性和交聯(lián)效率，通過實(shí)驗(yàn)確定最佳的交聯(lián)劑種類和用量，能夠保證交聯(lián)反應(yīng)的均勻進(jìn)行。在反應(yīng)過程中，采用適當(dāng)?shù)臄嚢韬突旌戏绞剑_保交聯(lián)劑在體系中均勻分布。可以采用高速攪拌或超聲分散等方法，使交聯(lián)劑充分分散在液晶單體中，從而實(shí)現(xiàn)交聯(lián)度的均勻性，提高材料的綜合性能。雜質(zhì)和氣泡的去除同樣不容忽視。雜質(zhì)的存在可能會(huì)影響材料的性能，降低其穩(wěn)定性和可靠性；而氣泡則會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷，影響其力學(xué)性能和光學(xué)性能。為了去除雜質(zhì)，在原料處理階段，對(duì)液晶單體、交聯(lián)劑和光引發(fā)劑等原料進(jìn)行嚴(yán)格的提純處理。可以采用重結(jié)晶、蒸餾等方法，去除原料中的雜質(zhì)，提高原料的純度。在反應(yīng)過程中，使用過濾器等設(shè)備對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行過濾，進(jìn)一步去除可能引入的雜質(zhì)。對(duì)于氣泡的去除，在反應(yīng)前對(duì)反應(yīng)容器進(jìn)行充分的脫氣處理，減少氣泡的產(chǎn)生。在反應(yīng)過程中，利用超聲儀對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行超聲處理，使氣泡破裂并排出。也可以采用減壓脫氣等方法，將氣泡從反應(yīng)體系中去除，從而提高材料的質(zhì)量和性能。四、單層雙相態(tài)液晶彈性體的性能研究4.1力學(xué)性能4.1.1拉伸性能為了深入了解單層雙相態(tài)液晶彈性體的拉伸性能，進(jìn)行了一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)測(cè)試。采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)制備好的液晶彈性體樣品進(jìn)行拉伸測(cè)試，樣品的尺寸嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行制備，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。在測(cè)試過程中，將樣品的兩端牢固地夾持在試驗(yàn)機(jī)的夾具上，以恒定的拉伸速率施加拉力，同時(shí)精確記錄樣品在拉伸過程中的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，單層雙相態(tài)液晶彈性體展現(xiàn)出獨(dú)特的拉伸性能。在拉伸初期，應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加呈現(xiàn)出近似線性的增長趨勢(shì)，這表明材料處于彈性變形階段，分子鏈之間的相互作用力能夠抵抗外力的拉伸，材料表現(xiàn)出較好的彈性。隨著拉伸的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，材料進(jìn)入屈服階段，應(yīng)力增長速度減緩，應(yīng)變迅速增加，這是由于分子鏈開始發(fā)生滑移和重排，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。在屈服階段之后，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段，隨著應(yīng)變的進(jìn)一步增加，應(yīng)力又開始逐漸上升，這是因?yàn)榉肿渔溤诶爝^程中逐漸取向排列，形成了更有序的結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了材料的抵抗能力。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，得到了單層雙相態(tài)液晶彈性體的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率等關(guān)鍵指標(biāo)。拉伸強(qiáng)度是指材料在拉伸過程中所能承受的最大應(yīng)力，它反映了材料抵抗拉伸破壞的能力。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的拉伸強(qiáng)度結(jié)果表明，單層雙相態(tài)液晶彈性體具有一定的拉伸強(qiáng)度，能夠滿足一些對(duì)力學(xué)性能要求較高的應(yīng)用場景。斷裂伸長率則是指材料在斷裂時(shí)的伸長量與原始長度的比值，它反映了材料的塑性變形能力。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，該液晶彈性體的斷裂伸長率較大，說明其具有較好的柔韌性和可塑性，能夠在較大的變形范圍內(nèi)保持結(jié)構(gòu)的完整性。與傳統(tǒng)材料相比，單層雙相態(tài)液晶彈性體在拉伸性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)材料如金屬和陶瓷，雖然具有較高的強(qiáng)度，但往往脆性較大，斷裂伸長率較低，在受到較大變形時(shí)容易發(fā)生斷裂。而單層雙相態(tài)液晶彈性體在保持一定強(qiáng)度的同時(shí)，具有較高的斷裂伸長率，能夠在承受較大變形的情況下不發(fā)生破壞，展現(xiàn)出良好的柔韌性和適應(yīng)性。在一些需要材料具備柔韌性和可變形性的應(yīng)用中，如可穿戴電子設(shè)備和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域，單層雙相態(tài)液晶彈性體的拉伸性能優(yōu)勢(shì)能夠得到充分的發(fā)揮。此外，通過對(duì)不同制備條件下的液晶彈性體樣品進(jìn)行拉伸測(cè)試，發(fā)現(xiàn)制備條件對(duì)拉伸性能有著顯著的影響。在不同的交聯(lián)劑用量和反應(yīng)溫度下制備的樣品，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率存在明顯差異。隨著交聯(lián)劑用量的增加，材料的交聯(lián)密度增大，分子鏈之間的相互作用力增強(qiáng)，拉伸強(qiáng)度隨之提高，但斷裂伸長率可能會(huì)降低，因?yàn)檩^高的交聯(lián)密度限制了分子鏈的運(yùn)動(dòng)，使材料的柔韌性下降。反應(yīng)溫度也會(huì)影響材料的性能，適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度能夠促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，使材料的結(jié)構(gòu)更加均勻，從而提高拉伸性能；但過高或過低的反應(yīng)溫度都可能導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生，影響拉伸性能。4.1.2壓縮性能在研究單層雙相態(tài)液晶彈性體的壓縮性能時(shí)，同樣進(jìn)行了全面而細(xì)致的實(shí)驗(yàn)。采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)樣品施加壓縮載荷，測(cè)試過程中，將樣品放置在試驗(yàn)機(jī)的壓縮平臺(tái)上，確保樣品與平臺(tái)緊密接觸，以保證載荷能夠均勻地施加到樣品上。逐漸增加壓縮載荷，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品的變形情況和所承受的壓力，記錄下壓縮過程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單層雙相態(tài)液晶彈性體在壓縮載荷下表現(xiàn)出獨(dú)特的變形規(guī)律。在壓縮初期，應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加而迅速上升，材料發(fā)生彈性變形，分子鏈之間的距離逐漸減小，相互作用力增強(qiáng)，抵抗壓縮變形的能力逐漸提高。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度后，應(yīng)變的增加速度加快，應(yīng)力增長速度相對(duì)減緩，材料進(jìn)入塑性變形階段，分子鏈開始發(fā)生滑移和重排，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，以適應(yīng)壓縮變形。在壓縮過程中，材料的變形呈現(xiàn)出各向異性的特點(diǎn)，這是由于液晶彈性體中液晶基元的取向有序性導(dǎo)致的。在平行于液晶基元取向的方向上，材料的壓縮模量相對(duì)較高，抵抗壓縮變形的能力較強(qiáng)；而在垂直于液晶基元取向的方向上，壓縮模量相對(duì)較低，更容易發(fā)生變形。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的深入分析，得到了材料的抗壓能力相關(guān)指標(biāo)?？箟簭?qiáng)度是衡量材料抗壓能力的重要參數(shù)，它表示材料在壓縮過程中所能承受的最大壓力。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的抗壓強(qiáng)度結(jié)果顯示，單層雙相態(tài)液晶彈性體具有一定的抗壓能力，能夠在一定的壓縮載荷下保持結(jié)構(gòu)的完整性。壓縮模量則反映了材料在彈性變形階段抵抗壓縮變形的能力，通過對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的線性部分進(jìn)行分析，計(jì)算得到材料的壓縮模量。不同制備條件下的液晶彈性體樣品，其抗壓強(qiáng)度和壓縮模量存在差異。交聯(lián)度較高的樣品，由于分子鏈之間的連接更加緊密，抗壓強(qiáng)度和壓縮模量相對(duì)較高；而交聯(lián)度較低的樣品則相對(duì)較低。此外，液晶基元的取向程度也會(huì)影響材料的抗壓性能，取向程度越高，材料在取向方向上的抗壓性能越好。與其他類似材料相比，單層雙相態(tài)液晶彈性體在壓縮性能方面具有獨(dú)特之處。一些傳統(tǒng)的彈性材料，雖然具有較好的彈性回復(fù)能力，但在抗壓強(qiáng)度方面可能相對(duì)較弱，難以承受較大的壓縮載荷。而單層雙相態(tài)液晶彈性體在保持一定彈性的同時(shí)，具備較高的抗壓強(qiáng)度，能夠在承受較大壓縮載荷的情況下，仍保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性能。在一些需要材料承受較大壓力的應(yīng)用場景中，如建筑結(jié)構(gòu)中的緩沖材料和工業(yè)設(shè)備中的密封材料等，單層雙相態(tài)液晶彈性體的壓縮性能優(yōu)勢(shì)能夠得到充分體現(xiàn)，為這些領(lǐng)域的材料選擇提供了新的可能性。4.1.3彎曲性能為了探究單層雙相態(tài)液晶彈性體在彎曲作用下的力學(xué)響應(yīng)和抗彎強(qiáng)度，進(jìn)行了專門的彎曲性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。采用三點(diǎn)彎曲測(cè)試方法，將樣品放置在兩個(gè)支撐點(diǎn)上，在樣品的中心位置施加集中載荷，逐漸增加載荷的大小，同時(shí)利用位移傳感器精確測(cè)量樣品在彎曲過程中的撓度變化，記錄下載荷-撓度曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單層雙相態(tài)液晶彈性體在彎曲作用下表現(xiàn)出復(fù)雜的力學(xué)響應(yīng)。在彎曲初期，隨著載荷的增加，樣品的撓度逐漸增大，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，材料處于彈性彎曲階段。此時(shí)，材料內(nèi)部的分子鏈主要發(fā)生彈性變形，通過分子鏈之間的相互作用力抵抗彎曲應(yīng)力，材料能夠保持較好的形狀穩(wěn)定性。當(dāng)載荷繼續(xù)增加到一定程度時(shí)，樣品進(jìn)入非線性彎曲階段，應(yīng)力與應(yīng)變不再呈線性關(guān)系，撓度的增加速度加快，材料開始出現(xiàn)塑性變形。這是由于分子鏈之間的滑移和重排加劇，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可逆的變化，導(dǎo)致材料的剛度下降，抵抗彎曲的能力減弱。通過對(duì)載荷-撓度曲線的詳細(xì)分析，計(jì)算得到了材料的抗彎強(qiáng)度。抗彎強(qiáng)度是指材料在彎曲破壞時(shí)所能承受的最大彎曲應(yīng)力，它是衡量材料抗彎性能的關(guān)鍵指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的抗彎強(qiáng)度結(jié)果顯示，單層雙相態(tài)液晶彈性體具有一定的抗彎能力，能夠在一定的彎曲載荷下保持結(jié)構(gòu)的完整性，不發(fā)生斷裂或過度變形。與其他材料相比，單層雙相態(tài)液晶彈性體在抗彎性能方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。一些脆性材料雖然在某些性能上表現(xiàn)出色，但在彎曲過程中容易發(fā)生斷裂，抗彎性能較差。而單層雙相態(tài)液晶彈性體由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在承受彎曲載荷時(shí)，能夠通過分子鏈的取向變化和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的變形來分散應(yīng)力，從而提高材料的抗彎強(qiáng)度和韌性。在一些需要材料具備良好抗彎性能的應(yīng)用中，如航空航天領(lǐng)域的機(jī)翼結(jié)構(gòu)和汽車制造中的車身部件等，單層雙相態(tài)液晶彈性體的抗彎性能優(yōu)勢(shì)能夠?yàn)檫@些部件的設(shè)計(jì)和制造提供新的材料選擇，有助于減輕部件的重量，提高其性能和可靠性。4.2熱性能4.2.1熱穩(wěn)定性為了深入探究單層雙相態(tài)液晶彈性體的熱穩(wěn)定性，采用熱重分析（TGA）和差示掃描量熱法（DSC）對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)研究。熱重分析是一種在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的技術(shù)，通過記錄樣品在加熱過程中的質(zhì)量變化，能夠直觀地反映出材料的熱分解行為。差示掃描量熱法則是測(cè)量樣品與參比物在相同溫度程序下的熱流差，以此來分析材料的熱轉(zhuǎn)變過程，如玻璃化轉(zhuǎn)變、熔融、結(jié)晶等。在熱重分析實(shí)驗(yàn)中，將制備好的單層雙相態(tài)液晶彈性體樣品置于熱重分析儀中，以10℃/min的升溫速率從室溫加熱至800℃，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行測(cè)試，以避免樣品在加熱過程中發(fā)生氧化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該液晶彈性體在250℃以下質(zhì)量基本保持穩(wěn)定，說明在這一溫度范圍內(nèi)，材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)較為穩(wěn)定，沒有明顯的熱分解現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)溫度升高至250℃-350℃時(shí)，樣品開始出現(xiàn)明顯的質(zhì)量損失，這是由于材料中的部分小分子添加劑或低聚物開始揮發(fā)和分解。隨著溫度進(jìn)一步升高，在350℃-500℃區(qū)間內(nèi)，質(zhì)量損失速率加快，表明材料中的主要成分開始發(fā)生分解反應(yīng)，分子鏈逐漸斷裂，導(dǎo)致質(zhì)量急劇下降。當(dāng)溫度超過500℃后，質(zhì)量損失趨于平緩，此時(shí)材料基本分解完全，剩余的殘?jiān)饕獮橐恍o機(jī)成分。通過對(duì)熱重曲線的分析，確定了該液晶彈性體的起始分解溫度（Tonset）、最大分解速率溫度（Tmax）和殘?zhí)柯实汝P(guān)鍵參數(shù)。起始分解溫度是指材料開始發(fā)生質(zhì)量損失的溫度，它反映了材料在一定溫度下的熱穩(wěn)定性。該液晶彈性體的起始分解溫度約為250℃，表明其在低于這一溫度時(shí)具有較好的熱穩(wěn)定性。最大分解速率溫度是指質(zhì)量損失速率最快時(shí)的溫度，它與材料的分解機(jī)理密切相關(guān)。在本實(shí)驗(yàn)中，最大分解速率溫度約為400℃，說明在這一溫度下，材料的分解反應(yīng)最為劇烈。殘?zhí)柯蕜t是指在高溫下分解后剩余的固體殘?jiān)|(zhì)量占原始樣品質(zhì)量的百分比，它反映了材料在高溫下的炭化能力和熱穩(wěn)定性。該液晶彈性體的殘?zhí)柯始s為10%，表明其在高溫下能夠形成一定量的炭化層，對(duì)材料的熱穩(wěn)定性有一定的保護(hù)作用。在差示掃描量熱分析實(shí)驗(yàn)中，同樣以10℃/min的升溫速率對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，從室溫加熱至200℃，然后降溫至室溫，再進(jìn)行第二次升溫。在第一次升溫過程中，觀察到在80℃左右出現(xiàn)了一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），這是由于液晶彈性體從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力逐漸增強(qiáng)。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是材料的一個(gè)重要熱性能參數(shù)，它決定了材料在不同溫度下的力學(xué)性能和使用范圍。在120℃左右出現(xiàn)了一個(gè)吸熱峰，對(duì)應(yīng)著液晶相轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲韵嗟倪^程，這表明材料在這一溫度下發(fā)生了液晶相的轉(zhuǎn)變，分子的取向有序性被破壞，材料的光學(xué)和力學(xué)性能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。在降溫過程中，在100℃左右出現(xiàn)了一個(gè)放熱峰，這是液晶相重新形成的過程，分子鏈重新排列形成有序的液晶結(jié)構(gòu)。在第二次升溫過程中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和液晶相轉(zhuǎn)變溫度與第一次升溫時(shí)基本一致，說明材料的熱轉(zhuǎn)變過程具有較好的重復(fù)性。綜合熱重分析和差示掃描量熱分析的結(jié)果，可以得出單層雙相態(tài)液晶彈性體具有一定的熱穩(wěn)定性，在250℃以下能夠保持較好的性能。然而，隨著溫度的升高，材料會(huì)逐漸發(fā)生分解和相轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致性能下降。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的使用環(huán)境和要求，合理選擇和使用該材料，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。與其他類似材料相比，該液晶彈性體的熱穩(wěn)定性具有一定的特點(diǎn)。一些傳統(tǒng)的高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等，雖然具有較好的加工性能和力學(xué)性能，但熱穩(wěn)定性相對(duì)較低，起始分解溫度通常在300℃以下。而一些高性能的工程塑料，如聚酰亞胺、聚醚醚酮等，雖然熱穩(wěn)定性較高，起始分解溫度可達(dá)到500℃以上，但往往價(jià)格昂貴，加工難度大。單層雙相態(tài)液晶彈性體在熱穩(wěn)定性方面處于兩者之間，具有一定的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，在一些對(duì)熱穩(wěn)定性要求不是特別高，但又需要材料具備良好的刺激響應(yīng)性能和力學(xué)性能的應(yīng)用場景中，具有較大的應(yīng)用潛力。4.2.2熱膨脹性能為了研究單層雙相態(tài)液晶彈性體在溫度變化時(shí)的膨脹行為，采用熱機(jī)械分析（TMA）技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。熱機(jī)械分析是一種在程序控制溫度下，測(cè)量材料的尺寸或形變與溫度關(guān)系的技術(shù)，能夠精確地測(cè)定材料的熱膨脹系數(shù)。在測(cè)試過程中，將尺寸為10mm×5mm×1mm的矩形液晶彈性體樣品放置在熱機(jī)械分析儀的樣品臺(tái)上，采用壓縮模式進(jìn)行測(cè)試，以10℃/min的升溫速率從室溫加熱至150℃，同時(shí)施加一定的恒定載荷，以確保樣品與測(cè)試探頭緊密接觸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著溫度的升高，單層雙相態(tài)液晶彈性體的長度逐漸增加，表現(xiàn)出明顯的熱膨脹現(xiàn)象。在25℃-80℃的溫度范圍內(nèi)，材料的熱膨脹行為呈現(xiàn)出近似線性的變化趨勢(shì)，熱膨脹系數(shù)較為穩(wěn)定。通過對(duì)這一溫度區(qū)間內(nèi)的熱膨脹數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，計(jì)算得到該液晶彈性體在這一溫度范圍內(nèi)的平均線膨脹系數(shù)約為50×10-6/℃。這表明在該溫度范圍內(nèi)，材料的分子鏈間距離隨著溫度的升高而逐漸增大，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致材料發(fā)生均勻的膨脹。當(dāng)溫度升高至80℃-120℃時(shí)，熱膨脹系數(shù)發(fā)生了明顯的變化，呈現(xiàn)出非線性的增長趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谶@一溫度區(qū)間內(nèi)，材料發(fā)生了液晶相轉(zhuǎn)變，液晶基元的取向有序性被破壞，分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，導(dǎo)致材料的膨脹行為變得更加復(fù)雜。在相轉(zhuǎn)變過程中，分子鏈的重新排列和取向變化會(huì)引起材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，從而導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)的變化。在120℃左右，液晶相完全轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲韵啵藭r(shí)熱膨脹系數(shù)達(dá)到最大值，約為100×10-6/℃。與其他材料相比，單層雙相態(tài)液晶彈性體的熱膨脹性能具有獨(dú)特之處。一些傳統(tǒng)的聚合物材料，如聚乙烯、聚丙烯等，其熱膨脹系數(shù)通常在100×10-6/℃-200×10-6/℃之間，比單層雙相態(tài)液晶彈性體在低溫下的熱膨脹系數(shù)要高。這是因?yàn)檫@些聚合物材料的分子鏈較為柔性，分子間作用力較弱，在溫度升高時(shí)，分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)更加劇烈，導(dǎo)致材料的膨脹程度較大。而一些無機(jī)材料，如陶瓷、金屬等，熱膨脹系數(shù)則相對(duì)較低，通常在10×10-6/℃-30×10-6/℃之間。這是由于無機(jī)材料的晶體結(jié)構(gòu)較為緊密，原子間的化學(xué)鍵較強(qiáng)，在溫度變化時(shí)，原子的熱振動(dòng)幅度較小，材料的膨脹程度也較小。單層雙相態(tài)液晶彈性體的熱膨脹性能在不同溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，這與材料的分子結(jié)構(gòu)和液晶相轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要充分考慮材料的熱膨脹性能，合理設(shè)計(jì)和使用該材料，以避免因溫度變化而導(dǎo)致的材料性能下降或結(jié)構(gòu)損壞。在制造電子器件時(shí)，需要確保液晶彈性體與其他材料的熱膨脹系數(shù)相匹配，以防止在溫度變化時(shí)出現(xiàn)界面應(yīng)力集中，導(dǎo)致器件失效。在設(shè)計(jì)熱驅(qū)動(dòng)的智能器件時(shí)，可以利用材料在液晶相轉(zhuǎn)變溫度附近的熱膨脹特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的精確控制和驅(qū)動(dòng)。4.2.3熱致形變性能為了深入探究單層雙相態(tài)液晶彈性體在溫度刺激下的形狀變化規(guī)律和可逆性，進(jìn)行了熱致形變實(shí)驗(yàn)。采用光學(xué)顯微鏡對(duì)樣品在不同溫度下的形狀變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和記錄，將尺寸為10mm×5mm×1mm的矩形液晶彈性體樣品放置在加熱臺(tái)上，以5℃/min的升溫速率從室溫加熱至150℃，然后再以相同的速率降溫至室溫，在加熱和降溫過程中，每隔5℃拍攝一次樣品的圖像，分析樣品的形狀變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溫度升高時(shí)，單層雙相態(tài)液晶彈性體發(fā)生了明顯的形狀變化。在25℃-80℃的溫度范圍內(nèi)，樣品的形狀變化較為緩慢，主要表現(xiàn)為尺寸的均勻膨脹，這是由于材料在這一溫度區(qū)間內(nèi)處于液晶相，分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)逐漸加劇，但液晶基元的取向有序性仍然保持，使得材料的膨脹較為均勻。當(dāng)溫度升高至80℃-120℃時(shí)，隨著液晶相轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲韵?，樣品的形狀變化速率加快，出現(xiàn)了明顯的彎曲和扭曲現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谙噢D(zhuǎn)變過程中，液晶基元的取向有序性被破壞，分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，材料內(nèi)部的應(yīng)力分布發(fā)生改變，導(dǎo)致材料發(fā)生不均勻的形變。在120℃左右，液晶相完全轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲韵?，此時(shí)樣品的形狀變化達(dá)到最大，呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的形狀。當(dāng)溫度開始降低時(shí)，樣品的形狀逐漸恢復(fù)。在120℃-80℃的降溫過程中，隨著各向同性相轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕?，樣品的彎曲和扭曲程度逐漸減小，尺寸也逐漸收縮。在80℃-25℃的溫度范圍內(nèi)，樣品繼續(xù)收縮，最終基本恢復(fù)到初始形狀。通過對(duì)加熱和降溫過程中樣品形狀變化的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)該液晶彈性體的熱致形變具有較好的可逆性。在多次加熱和降溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，樣品的形狀變化規(guī)律基本一致，且每次循環(huán)后樣品都能夠較好地恢復(fù)到初始形狀，表明材料的熱致形變性能具有較高的穩(wěn)定性和重復(fù)性。進(jìn)一步分析熱致形變的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)這主要是由于液晶彈性體中液晶基元的取向變化和分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的。在液晶相中，液晶基元具有一定的取向有序性，分子鏈的排列相對(duì)規(guī)整，材料的形狀較為穩(wěn)定。當(dāng)溫度升高時(shí)，液晶基元的取向有序性逐漸被破壞，分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)加劇，材料內(nèi)部的應(yīng)力分布發(fā)生改變，從而導(dǎo)致材料發(fā)生形變。當(dāng)溫度降低時(shí)，液晶基元重新排列形成有序的液晶相，分子鏈的排列恢復(fù)規(guī)整，材料的形狀也隨之恢復(fù)。與其他熱響應(yīng)材料相比，單層雙相態(tài)液晶彈性體的熱致形變性能具有一定的優(yōu)勢(shì)。一些傳統(tǒng)的形狀記憶合金，雖然具有較高的形狀記憶效應(yīng)和力學(xué)性能，但往往需要較高的溫度才能實(shí)現(xiàn)形狀恢復(fù)，且形狀變化較為單一。而一些智能水凝膠，雖然能夠在較低溫度下發(fā)生形變，但力學(xué)性能較差，且形變的可逆性和穩(wěn)定性有待提高。單層雙相態(tài)液晶彈性體在較低溫度下即可發(fā)生明顯的熱致形變，且形變具有較好的可逆性和穩(wěn)定性，同時(shí)還具備一定的力學(xué)性能，在熱驅(qū)動(dòng)的智能器件和形狀記憶材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。4.3光學(xué)性能4.3.1透光率為了研究單層雙相態(tài)液晶彈性體在不同波長下的透光率及變化情況，進(jìn)行了全面的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。采用紫外-可見分光光度計(jì)對(duì)制備好的液晶彈性體薄膜樣品進(jìn)行透光率測(cè)試，樣品的厚度嚴(yán)格控制在0.1mm，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。在測(cè)試過程中，將樣品放置在樣品池中，以空氣為參比，在200nm-800nm的波長范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，記錄不同波長下的透光率數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單層雙相態(tài)液晶彈性體在可見光范圍內(nèi)（400nm-700nm）具有較高的透光率，平均透光率可達(dá)80%以上。這表明該液晶彈性體對(duì)可見光的吸收和散射較少，能夠較好地透過可見光，具有良好的光學(xué)透明性。在紫