[发明专利]液晶纳米复合薄膜、光驱动自持续振动器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种液晶纳米复合薄膜、光驱动自持续振动器及其制备方法和应用，首先通过酰胺化学反应合成了可聚合纳米单体，接着使用液晶盒将液晶混合物进行展曲取向，然后进一步光引发交联，形成液晶纳米复合薄膜，最后将复合薄膜进行后处理即可获得光驱动可持续振动器。在光照下，交联在薄膜内部的光热剂可以吸收光能并转化成热能，引起液晶纳米复合物的液晶基元发生扰动，液晶纳米复合薄膜发生整体的宏观弯曲，由于自阴影效应，薄膜反射涂层涂覆的部分挡住了入射光，使得被遮挡的部分温度降低，薄膜由弯曲状态回到初始平整状态。因此，液晶纳米复合膜在光照下可以产生持续稳定的振动；撤除入射光后，薄膜停止振动并逐渐冷却而恢复到初始状态。

技术领域

本发明涉及振动器技术领域，特别是涉及一种液晶纳米复合薄膜、光驱动自持续振动器及其制备方法和应用。

背景技术

在自然界中，昆虫和鸟儿在飞行过程中展现出卓越的机动性能兼具良好的稳定性，它们采用扑翼的方式进行飞行，通过上下煽动翅膀提供向上飞行的动力。受到大自然飞行的启发，人们通过结构设计和系统集成等方式开发了仿生扑翼飞行器，可以模仿自然界中的生物飞行,具有机动性好、飞行效率高、噪音小等优点,比传统的固定翼飞机和旋翼飞机更有优势，因此具有更加广泛的应用前景。

近年来，开发基于软材料高分子薄膜的仿生扑翼飞行器成为研究的焦点，如何实现在外界刺激下能够发生自持续振动的柔性薄膜是当前该领域的关键科学问题。在众多聚合物中，液晶高分子展现出卓越的优势，引起各界的广泛关注。液晶高分子材料兼具高分子的弹性和液晶的各向异性，通过对其分子取向状态进行编程，在外界刺激下能够发生大幅度的可逆形变，且具有良好的循环稳定性，在智能材料领域具有广阔的应用前景。在液晶薄膜的众多驱动方式中(包括热、电、磁等刺激方式)，光驱动可以进行快速的控制而且具有更高的空间和时间分辨率，另外，光是一种可再生清洁的理想能源，光驱动振动液晶薄膜可以通过非接触的方式进行控制，因此具有更高的空间自由度和灵活性，但是液晶高分子本身对光吸收非常有限，导致产生驱动效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是针对液晶高分子本身对光吸收非常有限，导致产生驱动效果并不理想，而提供一种具有光热转化效应的可聚合纳米单体的制备方法。

本发明的另一目的，提供一种可聚合纳米单体。

本发明的另一目的，提供一种液晶纳米复合薄膜的制备方法。

本发明的另一目的，提供一种液晶纳米复合薄膜。

本发明的另一目的，提供一种光驱动自持续振动器的制备方法。

本发明的另一目的，提供一种光驱动自持续振动器。

本发明的另一目的，提供一种光驱动自持续振动器的应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种具有光热转化效应的可聚合纳米单体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备具有高光热转化效率的功能纳米材料，对其表面进行硅层包覆；

步骤2，使用末端带有-NH₂的硅氧烷偶联剂对所述硅层进行修饰，制备得到氨基化光热纳米材料；

步骤3，将末端带有羧基的可聚合苯甲酸单体和上述制备的氨基化光热纳米材料进行酰胺化反应，反应结束后进行离心，去除上清液后蒸干去除溶剂，得到具有光热转化效应的可聚合纳米单体。

在上述技术方案中，所述功能纳米材料为全光谱吸收材料或选择性吸收纳米材料，优选为碳纳米管、石墨烯、MXene、金纳米棒或金纳米球；

所述硅层的厚度为10～200nm，所述硅氧烷偶联剂为3-氨基三乙氧基硅烷、3-氨基乙基三乙氧基硅烷、3-氨基三甲氧基硅烷或9-氨基-4，7-二亚氨基三乙氧基硅烷，具体结构分别为以下化合物Ⅰ-Ⅳ，