Photothermisch reagierende Flüssigkristall-Elastomere mit dynamischen Oxim-Urethan-Bindungen und großem reversiblen Verformungsverhalten

Yu-xi Zhao ,  

Xin-yi Wang ,  

Ke-ke Yang ,  

摘要

Flüssigkristall-Elastomere (LCEs), die sowohl reversible Verformungsfähigkeit als auch schnelle Stimulusantwort aufweisen, sind das vielversprechendste Materialsystem zum Aufbau leistungsstarker weicher Antriebe. Dennoch besteht die aktuelle wichtige Herausforderung darin, die dynamischen Bindungen und die Netzwerk-Topologie koordiniert zu steuern, um die dynamische Umstrukturierbarkeit, Mehrfachstimulusantwort und hohe reversible Verformungsfähigkeit der LCEs zu erreichen. In dieser Arbeit wurde durch die synergetische Reaktion von Thiol-Michael- und Azol-Michael-Additionen die dynamische Oxim-Urethan-(QDO)-Gruppe mit intrinsischer photothermischer Reaktion kontrolliert in das LCE-Netzwerk eingebracht, wodurch eine Reihe von LCE-QDO-Elastomeren erfolgreich aufgebaut wurden, die sowohl Netzwerkkonfigurierbarkeit als auch große reversible Verformungsfähigkeit aufweisen. Die dynamischen Oxim-Urethan-Bindungen im Netzwerk können unter thermischer oder nahinfraroter Lichtanregung reversibel ausgetauscht werden, wodurch eine Netzwerk-Topologie-Rekonstruktion und Einzeldomänenorientierung erreicht wird. Nach thermischer Programmierung übersteigt die reversible Deformation von LCE-QDO 140 %, bei einer Formgedächtnisrate von 99,5 %. Aufgrund der hohen photothermischen Umwandlungseffizienz kann ein intelligentes Kranmodell basierend auf der LCE-QDO-Folie unter Nahinfrarotlichtanregung Lasten heben, die 645-fach über dem Eigengewicht liegen, mit einer maximalen Arbeitskapazität von 125 kJ/m3. Dieses Material vereint große reversible Verformung, schnelle photothermische Reaktion, schweißbare Rekonfiguration und Lastantrieb und zeigt ein gutes Anwendungspotenzial in den Bereichen weiche Robotik und bionische Aktuatoren.

关键词

Flüssigkristall-Elastomere; große Verformungsantriebe; dynamische Oxim-Urethan-Bindungen; photokontrollierte Programmierung

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