[发明专利]一种多重刺激响应的液晶弹性体/MXene复合纤维软体驱动器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多重刺激响应的液晶弹性体/MXene纤维软体驱动器及其制备方法与应用，属于智能材料技术领域。本发明的液晶弹性体/MXene纤维软体驱动器的制备具体是采用连续干法纺丝技术制备LCE纤维长丝，并通过等离子体改性技术对纤维进行改性处理，随后在纤维表面高效均匀负载聚多巴胺或导电银胶改性的MXene纳米片，使其具备优异的光/热/电多重刺激驱动性能；通过调控光刺激参数、热刺激参数、电刺激参数可以对纤维不同驱动过程实现远程精准操控；可以广泛应用于光控人工肌肉、光热智能电路开关和自适应光伏智能窗等新型光电子微型器件。

技术领域

本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种多重刺激响应的液晶弹性体/MXene复合纤维软体驱动器及其制备方法与应用。

背景技术

智能驱动材料是一类将微型电子元器件与有机高分子基材集成于一体的新型智能材料，可以有效感知环境变化和各类型刺激信号，通过信号传输并对其做出反应，从而实现智能调控的效果。

MXene具有独特的物理和化学性质，如金属导电性、大表面积、层状结构、优异的机械强度、显著的光电转化特性、从半导体到金属的可调带隙、良好的生物相容性及丰富的亲水性官能团等。上述特性也为MXene纳米材料的应用提供了巨大潜力，目前该材料已被广泛应用于光热管理、智能驱动、能源催化、传感及电磁屏蔽等领域。

如现有技术中通常采用改性的MXene与碳纤维/环氧树脂结合，用于制备导电聚合物材料，提高复合材料的导电性和传感性能。但这些材料的性能单一，无法具备环境多重响应刺激。

液晶弹性体(LCE)是一种将液晶基元和相邻的高分子链连接形成的网络结构化合物，能够在各向同性相或者液晶相中表现出良好的弹性。液晶弹性体同时具有液晶各向异性和聚合物橡胶弹性，在受到外界刺激(热、光、电、磁、pH、湿度等)时，其内部相态或分子结构会产生变化，进而改变了液晶基元的排列顺序，导致复合材料本身发生宏观形变；当撤除外界刺激后，液晶弹性体可以逐渐恢复到原来的形态。目前，通过调控液晶单体的分子结构、大分子交联网络结构使LCE的物理和化学性质、响应速度及运动模式得到极大优化，从而拓宽其在人工智能、光电材料、生物工程、软体机器人等领域的应用前景。

但目前液晶弹性体仍存在驱动率和响应速度较低、响应模式和产品形态较为单一、制备成本较高等不足之处。

发明内容

[技术问题]

现有技术中的智能驱动材料驱动率低、响应速度较低、响应模式和产品形态较为单一，无法满足环境多重响应刺激的需求。

[技术方案]

针对上述技术问题，本发明提供了一种光/热/电多重刺激响应的液晶弹性体/MXene纤维软体驱动器及其制备方法及光电器件应用。本发明通过采用干法纺丝技术制备出纤维直径均匀、形态良好的LCE纤维长丝，通过聚合涂层的方法在纤维表面高效均匀负载改性MXene纳米片，使其具备优异的光/热/电多重刺激响应驱动性能。采用该方法制备的纤维软体驱动器的相态在光、热、电的刺激下会出现有序-无序转变特性，从而使其宏观产生可逆的形状变化。通过调控光刺激参数(光照强度、光照距离、光照时间、光照变化频率等)、热刺激参数(环境温度大小、温度升高及降低速率)、电刺激参数(电压、电流、电刺激时间等)可以对纤维不同驱动过程实现远程精准操控。

此外，由于该纤维软体驱动器具有良好的多刺激响应能力、长效光电特性和优异的柔韧可编织性能，为了进一步拓宽该纤维软体驱动器的实际应用前景，本发明以其为基础，开发设计制造了多种新型光电子微型器件，如光控人工肌肉、光热智能电路开关和光燃料自适应光伏智能窗等，表现出很好的光热电刺激驱动灵敏性。