[发明专利]一种基于金纳米棒掺杂的偏振光响应型液晶聚合物网络薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于金纳米棒掺杂的液晶弹性体薄膜及其制备方法和应用，其通过首先制备金种子液、生长液，反应生成金纳米棒。并利用金纳米棒的二色性，将其掺杂至液晶聚合物网络，实现了在上述液晶聚合物网络薄膜在偏振光刺激下的振荡。该金纳米棒掺杂的液晶弹性体薄膜能够有效实现偏振光驱动振荡，为软质驱动器、仿生机器人、3D打印以及其他生物材料提供材料和原理支持。

技术领域

本发明涉及液晶弹性体技术领域，特别是涉及一种基于金纳米棒掺杂的偏振光响应型液晶聚合物网络薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

在自然界，环境的变化通常会引起一些动植物适应性的变化，比如松果在浸水以及干燥后其鳞片的开合、变色龙的皮肤颜色会随着外界环境的变化而发生改变，模仿自然界生物体的环境响应能力成为一项引人入胜且极具挑战性的工作。

近年来，大多数光驱动的液晶弹性体是依靠紫外和可见光激发偶氮苯衍生物的可逆反式-顺式光异构化来实现，在紫外光的照射下，偶氮苯液晶在反-顺式异构化过程中分子构型的改变可导致液晶相到各向同性相(LC-isotropic)的转变(参见AdvancedMaterials,2022,34(3):2105758)，使得聚合物展现宏观的变形和相关运动。但是紫外光会对人体有所损害，不能被广泛应用，尤其是一些生物学上的应用，因为紫外光的穿透深度有限，会损害健康细胞且光化学反应过程在产生的副反应。因此，面对这一缺陷，人们希望合成长轴吸收分布在可见光到近红外光范围的金纳米棒，能够将光能转化成热能，并通过将其掺杂在液晶聚合物薄膜中，从而实现液晶聚合物薄膜在可见光/近红外光刺激下发生一定程度可逆变形的效果，进而在诸多领域存在潜在的应用价值。

发明内容

本技术方案公开了一种长轴吸收分布在可见光到近红外光范围的金纳米棒，其能够将光能转化成热能，并通过将其掺杂在液晶聚合物薄膜中，实现了液晶聚合物薄膜在可见光/近红外光刺激下发生一定程度可逆变形的效果。本技术方案有望在液晶执行器，软体机器人，振荡器等领域具有潜在应用价值。

本发明的一个目的在于提供一种基于金纳米棒掺杂的偏振光响应型液晶聚合物网络薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

S1、金纳米棒的制备：将金种子液加入到生长液中生长，得到所述金纳米棒，并进行除水；

S2、splay(展曲)取向的液晶盒的制备：分别制备具有平行取向层的玻璃基板和具有垂直取向层的玻璃基板，然后将所述具有平行取向层的玻璃基板和具有垂直取向层的玻璃基板进行粘附，光固化后得到所述splay取向的液晶盒；

S3、将所述金纳米棒掺杂到包括液晶单体材料和催化剂的溶剂中，加热搅拌，并挥发溶剂，装填到所述splay取向的液晶盒中；然后紫外固化得到薄膜；

S4、对所述薄膜进行裁剪和拉伸，得到产物。

进一步地，所述金种子液的制备方法为：取氯金酸、十六烷基三甲基混合，加入硼氢化钠，静置生长。

进一步地，所述生长液的制备方法为：将氯金酸溶液加入到CTAB溶液中搅拌，加入硝酸银溶液、L-抗坏血酸、盐酸，静置生长。

该制备方法通过首先制备金种子液、生长液，而后反应生成金纳米棒；金纳米棒掺杂液晶聚合物网络薄膜的表面等离子体共振吸收峰依旧在840-1100nm范围内,当温度加热到各向同性态温度以上时，液晶分子从有序排列向无序态转变，进而导致液晶弹性体收缩，而当温度降回到液晶态时，薄膜伸长又恢复到原来的形状。