摘 要

在这项工作中，我们通过将Dye1002染料掺杂到经典的单畴聚硅氧烷基液晶弹性体基质中，并进一步通过Finkelman的两步交联法和单轴拉伸技术制得了一种可以对980nm左右近红外光进行响应的液晶弹性体复合薄膜。通过进行一系列比较实验以研究该复合薄膜对红外光的响应性能。最终发现该复合材料可以利用自身优异的光热转换效率，在近红外照明驱动力下可以提升相当于自身重量的数十倍的重物，并且这种光刺激的类肌肉驱动行为在近红外光被移除后是完全可逆的。

关键词：液晶弹性体，近红外，可逆伸缩

Abstract

In this work, we prepared a liquid crystal elastomer composite film that can respond to near-infrared light around 980 nm by doping the Dye 1002 into a classical mono-domain polysiloxane-based liquid crystal elastomer matrix and further using Finkelmann#39;s two-step crosslinking and uniaxial stretching techniques. A series of comparative experiments were conducted to study the response of the composite film to infrared light. Finally, it was found that the composite material can use its own excellent light-to-heat conversion efficiency and can lift up the weight equivalent to hundreds times of its own weight under the near-infrared lighting driving force, and this light-stimulating muscle-like driving behavior is completely reversible after the near-infrared light being removed.

KEY WORDS: liquid crystal elastomer , near-infrared light , reversible action

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 液晶 1

1.1.1 液晶历史及概述 1

1.1.2 液晶高分子 2

1.1.3 液晶弹性体的发现及其性质 3

1.1.4 液晶弹性体的研究现状及其发展趋势 4

1.2 课题研究目的及其现实意义 5

1.3 课题关键问题与难点 5

1.3.1 关键问题 5

1.3.2 课题难点与解决办法 5

第二章 实验部分 6

2.1 所用药品与仪器 6

2.1.1 所用药品 6

2.1.2 所用仪器 6

2.2 实验方法 6

2.2.1 液晶单体及交联剂的合成 6

2.2.2聚硅氧烷液晶弹性复合薄膜的制备 7

2.2.3 液晶单体及液晶弹性体的表征 7

2.2.4 液晶弹性体复合薄膜的热刺激-响应实验 7

2.2.5 液晶弹性体复合薄膜的光刺激-响应实验 7

2.3 制备过程 7

2.3.1液晶单体与交联剂的合成 7

2.3.2 聚硅氧烷液晶弹性复合薄膜的制备 8

第三章 结果表征 9

3.1 液晶单体及液晶弹性体的表征 9

3.1.1 重要中间体及单体产物 ¹H NMR谱图 9

3.1.2 液晶弹性体薄膜的XRD测试 10

3.1.3 液晶弹性体薄膜的DSC测试 10

3.1.4液晶弹性体薄膜的POM测试 11

3.2 液晶弹性体复合薄膜的热刺激-响应实验 11

3.3 液晶弹性体复合薄膜的光刺激-响应实验 12

第四章 结论 14

致谢 15

参考文献 15

第一章 绪论

1.1 液晶

1.1.1 液晶历史及概述

液晶（Liquid crystals）是具有介于常规液体和固体晶体之间性质的一类物质，通俗来说可以理解为“液态的”晶体。具体而言，液晶可以像液体那样流动，但其分子可以以类似晶体的方式取向。液晶有许多不同类型的中间相，可以通过其不同的光学性质（例如双折射）来区分。当使用偏振光源在显微镜下观察时，不同的液晶相看起来具有不同的纹理。纹理中的对比区域对应于液晶分子以不同方向取向的区域。一般来说，在同一个领域内，分子都是有序的。液晶材料不一定总是处于液晶相，就像水可能变成固态冰或气态蒸气一样。

液晶在十九世纪末被确定为物质状态，从那以后一直是科学界强烈讨论的话题。 液晶在分子水平上能够自组织（顺序，或称作取向），并分为热致型液晶（取向顺序取决于温度）、溶致型液晶（取向顺序取决于溶液中材料的浓度）和向列型液晶（取向顺序取决于光的存在）。

1888年，奥地利植物生理学家Friedrich Reinitzer研究了各种胆固醇衍生物的物理化学性质，这些衍生物现在都被划分为胆甾型液晶的类别。在此之前，其他研究人员在冰点附近冷却这些胆固醇衍生物时观察到不同的颜色效应，但没有将其与新现象（双熔点）联系起来。Reinitzer发现苯甲酸胆固醇酯不像其他化合物那样熔化，它有着两个熔点——在145.5°C（293.9°F）时它会融化成一种浑浊的液体，在178.5°C（353.3°F）时它会再次融化，并且混浊的液体变得澄清，并且这种现象是可逆的。

此后，Reinitzer发现并描述了胆甾型液晶（Otto Lehmann在1904年为这类化合物命名）的三个重要特征：存在两个熔点、能够反射圆偏振光以及能够改变偏振光的方向。至此，科研工作者第一次认识到了液晶这一类材料的存在，并正式开始了对这一类材料的研究工作。

目前已发现大量化合物能显示一个或多个液晶相。尽管这些化合物的化学组成存在着显著差异，但这些分子在化学和物理性质上具有一些共同特征。各种液晶相（称为中间相）可以通过它们排序的类型来区分，这种顺序可以是位置顺序（分子是否以任何有序晶格排列）或取向顺序（分子是否大多指向相同方向），而且该顺序可以是短程的（仅在彼此接近的分子之间）或长程的（延伸较大，有时是宏观的尺寸）。大多数热致性液晶在高温下都具有各向同性相。也就是说，加热最终将驱使它们进入以随机和各向同性分子排序为特征的常规液相（几乎没有长程有序）和流体状流动行为。在其他条件下（例如较低的温度），液晶分子可能存在一个或多个具有显着的各向异性取向结构和短距取向顺序的状态，同时仍具有流动能力（也就是液晶相）。

液晶相的有序性可以在分子尺度上存在。这个顺序延伸到整个分子的大小，可能是微米级的数量级，但通常不会像传统结晶固体那样扩展到宏观物体尺度。然而，只要通过施加一些外力，例如施加一个电场，就可以使宏观液晶样品表现出单一有序结构。但是液晶中的这种有序性可能仅沿一个维度延伸，在另外两个方向上基本保持无序状态。