溶剂工程调控液晶弹性体驱动性能的机制研究及其在柔性致动器中的应用

本文通过溶剂工程策略系统研究了溶剂含量对液晶弹性体(LCEs)结构和驱动性能的调控机制。研究发现溶剂含量通过影响介晶（mesogen）迁移率和交联密度，可显著调节LCEs的驱动应变（最高达38.6%）和驱动应力（0.11 MPa）。结合偏振光学显微镜(POM)、正电子湮灭寿命谱(PALS)和广角X射线散射(WAXS)等表征手段，揭示了溶剂诱导的介晶域扩展和旋转行为变化规律，为新一代柔性致动器的性能优化提供了重要理论依据。

　　

Highlight

本研究通过溶剂工程策略精确调控液晶弹性体(LCEs)的驱动性能，揭示了溶剂含量与介晶（mesogen）行为之间的构效关系，为智能柔性材料的设计提供了新思路。

Materials

1,4-双[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯(RM257)购自Wilshire Technologies公司。2,2-(亚乙二氧基)二乙硫醇(EDDET)、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)(PETMP)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(Irgacure 819)、三乙胺(TEA)和甲苯购自Sigma-Aldrich公司。碳酸丙烯酯(PC)来自Daejung化学公司。

Synthesis of LCEs

采用硫醇-迈克尔加成反应合成LCEs，固定甲苯用量而系统改变PC溶剂含量（0-150 wt%）。通过紫外光聚合使未反应的丙烯酸酯基团继续反应（图1a），所有配方中LCE组分的摩尔比保持恒定。

Conclusion

研究表明：溶剂含量增加会降低玻璃化转变温度(T_g)和储能模量，但提高断裂应变。驱动应力在达到溶剂阈值前保持稳定（0.11 MPa），而驱动应变呈现先升后降趋势（最高38.6%）。结构分析证实溶剂调控能有效改变介晶域尺寸和旋转自由度，这些发现为定制LCEs性能提供了重要指导。