生物质纤维增强主链液晶弹性体光热致动性能研究

作     者：赵楠 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李辰砂

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：液晶弹性体 超声化学 生物质羽绒纤维 石墨烯 光热转换 

摘      要：液晶弹性体(LCE,Liquid Crystal Elastomer)是一种将介晶基元通过交联形成的具有有序取向的高弹体,其特征包含了液晶系统的自组织性和聚合物网络的弹柔性。其中光热致形变液晶弹性体因光热致动方式具有瞬时性、远程可控性、环保性等显著优势,吸引了众多科学家科研探索方向的聚焦。而LCE材料实际工业应用的重要阻碍是其作为致动器材料的适度坚固性及光热转换效率。目前多数液晶弹性体复合材料通过向聚合物基体中添加纳米材料,以生物质纤维网络作为材料增强相的报道甚少。因此,本文通过择选合适的鸭绒纤维网络(0.7%wt),作为柔性增强相,同时加入石墨烯粉末(0.5%wt),通过超声化学法,制备主链液晶弹性体复合材料。主要研究内容如下:(1)合成制备了主链型液晶单体4-(丁-3-烯氧基-苯甲酸)4-丁-3-苯氧基-苯基酯和4-(己-5-烯氧基)苯基4-(己-5-烯氧基)苯甲酸酯,以高频率超声刺激前驱物分子快速反应,得到性能稳定的主链型液晶弹性体薄膜材料,优化主链液晶弹性体制备工艺,提高了生产效率。(2)通过超声化学法制备了生物质羽绒纤维液晶弹性体复合材料(LCE/FB,Fibers incorporated LCE composite),在一定热源刺激下,LCE/FB复合材料的热致收缩形变可达到53%左右,热致动应力和模量均有所增加。(3)通过超声化学法制备了含石墨烯的生物质羽绒纤维液晶弹性体纳米复合材料,在拟日光区致动光源照射下,含石墨烯的生物质羽绒纤维液晶弹性体纳米复合材料的光致形变可达到55%以上,且抗拉强度和抗疲劳破坏能力均有所增强,具有良好的抗疲劳损伤性能。此材料在软致动器,化学工业等领域具有潜在应用前景。