[高分子材料] 东南大学杨洪教授团队《JACS》：超强液晶弹性体人工肌肉!

新材料有望“培育”出智能化人工肌肉新型材料集电活性、弹性与自修复能力于一身，十分适合于研制人工肌肉。

还记得动画片《海贼王》里橡胶人路飞可长可短、伸缩自如的肌肉吗？南京大学化学化工学院副教授李承辉与美国斯坦福大学化学工程教授鲍哲楠合作，日前研发出一种弹性超强、可自修复且能通过电压控制动作的新材料，向研制智能化的人工肌肉迈出重要一步。

据斯坦福大学官网报道，这种新材料可以由1英寸被拉伸到100英寸以上。

它还具有很强的自修复能力。

一般情况下，被破坏的聚合物需要通过溶剂修复或热修复来恢复特性，但是这种新材料可在室温甚至低温条件下进行自修复。

研究人员发现，它在零下20摄氏度的条件下也能自行修复。

新材料的这些性能归功于一种叫做交联的化学键合工艺，该工艺需要将线型的分子链连接成渔网状。

研究人员发表在18日的《自然—化学》期刊上的论文称，他们首先设计出一种特殊的有机分子，将其附着在聚合物的交联键上来形成一系列叫做配体的结构。

这些配体结合起来形成了更长的分子链。

这种链就像一串弹簧一样，具有很强的延展性。

之后，他们给这种材料添加了对配体具有化学亲和力的金属离子。

当这种材料被拉伸时，分子链上的“结”会松开并使配体分离。

而当这种材料被松开时，金属离子与配体之间的亲和性会使“渔网”恢复原状。

其结果就得到柔韧、延展性强且可以自修复的弹性材料。

值得一提的是，研究人员还发现，这种带有金属离子的新材料在电流或电压作用下会发生膨胀和收缩，这意味着新材料可以将电能转化为机械能，十分适合于研制集电活性、柔韧性和自修复能力于一身的人工肌肉。

据南京大学官网报道，研究人员已经利用这种材料制备出可通过外部电压控制动作的人工肌肉器件。

要使这种人工肌肉进入实际应用阶段，研究人员还需要进一步提升这种材料的电活性并实现对其精确控制。

不过，这种材料的优越性能已经为其更具潜力的应用打开了大门。

超弹性形状记忆合金丝(NiTi )力学性能的试验研究左晓宝李爱群　倪立峰陈庆福(南京理工大学,东南大学)(东南大学)(江苏法尔胜集团公司)摘要:从土木工程振动控制的角度出发,通过NiT i 形状记忆合金丝处于超弹性状态下的力学性能试验,研究温度、加载速率、应变幅值、循环次数等加载工况对形状记忆合金的相变应力、耗能能力、变形模量及残余应变等力学性能参数的影响规律,并给出了各力学性能参数与主要影响它的加载工况之间的关系。

试验和分析结果表明,处于超弹性状态下的形状记忆合金具有良好的耗能阻尼性能、较大的可恢复变形能力和很高的结构驱动能力,可满足土木工程结构振动控制的需要。

关键词:形状记忆合金;智能材料;超弹性;力学性能;振动控制中图分类号:T U31113,P3151976 文献标识码:A 文章编号:10002131X (2004)1220010207AN EXPERIMENTA L STU DY ON THE MECHANICA L BEHAVIOR OF SUPERE LASTIC NiTiSHAPE MEMOR Y A LLOY WIRESZuo Xiaobao1,2　Li Aiqun 2　Ni Lifeng 2　Chen Qingf u3(1.Nanjing University of Science and T echnology ,2.S outheast University ,3.Jiangsu Fasten G roup C om pany )Abstract :An experimental study is com pleted on the mechanical behavior of specimens of superelastic NiT i shape mem ory al 2loy (S M A )wires for vibration control in civil engineering.T em perature ,strain rate ,strain am plitude and cyclic number are considered as test parameters to investigate their effects on the mechanical parameters such as phase trans formation stress ,ener 2gy dissipation ,effective stiffness and residual strain.The relation ship between every mechanical parameter and its correspond 2ing loading factor is proposed.The experimental results show that the characteristics of the superelastic S M A wire ,such as high energy dissipation ,large restoring deformation and high driving force ,are suitable for vibration control in engineering.K eyw ords :shape mem ory alloy ;smart material ;superelasticity ;mechanical behavior ;vibration control收稿日期:2002212223,收到修改稿日期:2004205210国家自然基金重点项目:(50038010)1　引 言结构的振动控制是当今土木工程界关心的重点问题之一,人们总是在探求各种方法来减轻振动给工程结构带来的危害。

第３７卷㊀第２期２０２２年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３７㊀N o ．２㊀F e b ．２０２２㊀㊀收稿日期:２０２１Ｇ１１Ｇ２２;修订日期:２０２１Ｇ１２Ｇ２０．㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(N o ．２１９７１０３７,N o ．５１９０３０４８,N o ．５２１７３１０９)S u p p o r t e db y Na t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a (N o ．２１９７１０３７,N o ．５１９０３０４８,N o ．５２１７３１０９)㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :y a n g h ＠s e u ．e d u ．c n ;w a n gm＠s e u ．e d u ．c n 文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０２２)０２Ｇ０２４１Ｇ０９碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能侯㊀燚,胡文婷,王㊀猛∗,杨㊀洪∗(东南大学化学化工学院,江苏南京２１１１８９)摘要:近年来,碳纳米管/液晶弹性体复合材料凭借其稳定高效的光热性能,成为目前刺激Ｇ响应液晶弹性体领域的一个重要研究方向,但目前研究者大多重点关注其光响应行为及使用场景,并未系统研究碳纳米管对液晶弹性体材料力学性能的影响.本文通过物理掺杂的方法制备了不同质量分数的碳纳米管/液晶弹性体复合材料,并利用傅里叶红外光谱㊁差示扫描量热仪㊁广角X 射线衍射仪㊁动态热机械分析仪等对制备的复合材料进行热学㊁液晶性质和力学性能的表征及分析.实验结果表明,碳纳米管的掺杂量对复合材料的力学性能有明显影响,其中掺杂质量分数８％的单壁碳纳米管的液晶弹性体复合材料的力学性能最为优异.在３０ħ时,断裂强度为５．６２M P a ,断裂伸长率为１８２％;在８５ħ(清亮点温度之上)时,其断裂强度为１．６２M P a ,断裂伸长率为８９％.相对于纯液晶弹性体薄膜材料而言,质量分数８％碳纳米管的液晶弹性体复合材料的断裂强度接近纯液晶弹性体薄膜的３倍,且可以实现最大收缩率为４５％的可逆伸缩形变,在人造肌肉㊁软体机器人等智能材料领域表现出有良好的应用前景.关㊀键㊀词:液晶弹性体;碳纳米管;力学性能;复合材料;可逆形变中图分类号:O ７５３＋．２;T B ３８１㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７１８８/C J L C D．２０２１Ｇ０２９５M e c h a n i c a l p r o p e r t y of c a r b o n n a n o t u b e /l i q u i d c r y s t a l e l a s t o m e r c o m po s i t em a t e r i a l s HO U Y i ,HU W e n Ｇt i n g ,WA N G M e n g ∗,Y A N G H o n g∗(S c h o o l o f C h e m i s t r y a n dC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ,S o u t h e a s tU n i v e r s i t y ,N a n j i n g ２１１１８９,C h i n a )A b s t r a c t :I nr e c e n t y e a r s ,c a r b o nn a n o t u b e /l i q u i dc r y s t a l e l a s t o m e r (C N T ＧL C E )c o m po s i t em a t e r i a l sh a v e r e c e i v e d l o t s o f s c i e n t i f i c a t t e n t i o n i n t h e f i e l d o f s t i m u l i Ｇr e s p o n s i v e L C E s ,d u e t o t h e s t a b l e a n d e f f i c i e n t p h o Ｇt o t h e r m a l c o n v e r s i o n p r o p e r t i e s ．H o w e v e r ,m o s t r e s e a r c h e r s f o c u s e d t h e i r a t t e n t i o n o n t h e s t i m u l i Ｇr e s po n s i v e b e h a v i o r a n d a p p l i c a t i o n s c e n a r i o s ,b u t i g n o r e d t h e i n v e s t i g a t i o n o f t h e e f f e c t o f C N T s i n f l u e n c i n g o n t h em e Ｇc h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e L C Em a t e r i a l s ．H e r e i n ,a s e r i e s o f C N T s i n c o r p o r a t e dL C E c o m p o s i t e f i l m s a r e pr e Ｇp a r e d ,a n d f u r t h e r c h a r a c t e r i z e d a n d a n a l y z e d b y F o u r i e r i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y ,d i f f e r e n t i a l s c a n n i n g c a l o r i m e Ｇt e r ,w i d e Ｇa n g l eX Ｇr a y d i f f r a c t o m e t e r a n d d y n a m i c t h e r m o Ｇm e c h a n i c a l a n a l y z e r t o e x p l o r e t h e t h e r m a l ,m e s o Ｇm o r p h i c a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e so f t h ec o m p o s i t e f i l m s ．T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a t t h ed o p i n ga m o u n t o f C N T s m a r k e d l y i n f l u e n c e s t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e s e p r e p a r e dC N T ＧL C E c o m po s i t em a t e Ｇr i a l s ．A m o n g t h e m ,t h e ８％(M a s s f r a c t i o n )C N T si n c o r p o r a t e dL C Ec o m po s i t e f i l me x h i b i t s t h eb e s tm e Ｇc h a n i c a l p r o p e r t i e s．A t３０ħ,t h eb r e a k i n g s t r e n g t ho f t h e c o m p o s i t e f i l mi s５．６２M P a,a nd t h eb re a k i n g e l o n g a t i o n i s１８２％．B e y o n d t h e c l e a r p o i n t t e m p e r a t u r e,t h e b r e a k i n g s t r e n g t hof t h e c o m p o s i t e f i l mi s１．６２M P a,a n d t h e e l o ng a t i o n a t b r e a k i s８９％．P a r t i c u l a r l y,th e b r e a ki n g s t r e n g t h o f t h i s８％C N T s i n c o r p o r a t e d L C E f i l m i s a l m o s t t h r e e t i m e s t h a t o f t h e p u r eL C E f i l m．B e s i d e s,t h eC N TＧL C E c o m p o s i t e f i l mc a n a c h i e v e a r e v e r s i b l e s h r i n k i n g d e f o r m a t i o nw i t h am a x i m u mc o n t r a c t i o n r a t e o f４５％,w h i c h e n d o w s t h i sm a t e r i a l w i t h a g o o d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t i n t h e f i e l d o f i n t e l l i g e n tm a t e r i a l s,s u c h a s a r t i f i c i a lm u s c l e a n d s o f t r o b o t s,e t c．K e y w o r d s:l i q u i d c r y s t a l e l a s t o m e r;c a r b o nn a n o t u b e;m e c h a n i c a l p r o p e r t y;c o m p o s i t em a t e r i a l;r eＧv e r s i b l e d e f o r m a t i o n１㊀引㊀㊀言㊀㊀液晶弹性体(L i q u i d C r y s t a l E l a s t o m e r, L C E),是液晶聚合物经过适度交联后,可以在其液晶态或各向同性态表现出弹性的一类高分子材料[１Ｇ２].作为一类新型的智能材料,液晶弹性体结合了弹性体和液晶材料的弹性㊁各向异性等特点,具有独特的双向形状记忆功能[３Ｇ５].当受到外界条件(热㊁光㊁电㊁磁㊁p H㊁湿度等)刺激时,液晶弹性体的相态或分子结构会产生变化,进而改变液晶基元的排列顺序,导致整个材料本身发生一定的宏观形变(收缩㊁弯曲㊁扭曲等),当移除外界刺激后,液晶弹性体又可以恢复到初始状态.这种独特的双向形状记忆功能使得液晶弹性体在人造肌肉㊁软体机器人等智能仿生材料领域具有广阔的应用前景[６Ｇ１８].近年来,基于光热转换的光响应液晶弹性体逐渐引起科学家的兴趣.在液晶弹性体体系中掺杂光热转换试剂,在一定波长的光照射下,光能被光热转换试剂吸收后,一部分能量以光子的形式释放,另一部分则转变为热能,使液晶弹性体的温度提升到清亮点之上,完成液晶相到各向同性相的转变,从而实现液晶弹性体的光致形变[１９Ｇ２０].光热转换材料的种类较多,其中碳纳米管是一种由石墨烯卷成的管状材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有优异的力学㊁电学和化学性能[２１Ｇ２３].碳纳米管作为一种光热转换材料,其主要优点在于稳定的光热性能,碳纳米管在受到激光长时间的辐射后,其依然可以保持较好的光热转换性能,所以碳纳米管/液晶弹性体复合材料是目前刺激Ｇ响应液晶弹性体领域的一个研究热点.G o n g和C h e n等[２４]报道了首例具有近红外光响应行为的碳纳米管/液晶弹性体复合材料,在较低的负载量(质量分数０．１％~０．２％)下,整个复合材料能够在近红外光照射下实现大幅度(s t r a i n~３０％)的可逆收缩形变.T e r e n t j e v 等[２５Ｇ２６]利用芘基修饰碳纳米管,极大地提高了碳纳米管在液晶弹性体基体中的溶解度,并制备了一种主链型碳纳米管/液晶弹性体复合材料,研究了其对近红外光的响应行为.Y a n g等[２７]利用两步交联法制备了一种碳纳米管/聚硅氧烷偶氮液晶弹性体复合材料,其在热/近红外光刺激下产生完全可逆的二维收缩/伸展形变,在紫外光照射下产生可逆的三维弯曲行为.目前关于碳纳米管/液晶弹性体复合材料的报道中,研究者大多重点关注液晶弹性体的光响应行为以及扩展液晶弹性体的形变模式及使用场景,但是并未进一步系统地研究碳纳米管对液晶弹性体材料力学性能的影响.液晶弹性体作为一种典型的双向形状记忆材料,虽然具有形变大㊁形变可逆等技术优点,在仿生器件㊁软机器人等领域有很好的应用前景,但是其研究一直停留在实验室层面,并未实现工业化应用,其中主要的原因之一就是液晶弹性体在形变过程中产生的应力太小,无法满足实际应用场景的力学性能需求.因此,研究如何提升液晶弹性体材料的力学性能,对液晶弹性体走向实际应用具有重要的科学意义.基于前人工作,本文通过在主链型液晶弹性体中掺杂单壁碳纳米管,制备出一系列不同质量分数的碳纳米管/液晶弹性体复合材料,并对其热学㊁可逆形变及力学性能等进行研究,总结了碳纳米管对液晶弹性体的力学性能的影响规律.２㊀实㊀㊀验２．１㊀原料和试剂１,４Ｇ双Ｇ[４Ｇ(３Ｇ丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧２４２㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀基]Ｇ２Ｇ甲基苯(R M２５７),购自石家庄斯迪亚诺精细化工有限公司.３,６Ｇ二氧杂Ｇ１,８Ｇ辛烷二硫醇(E D D E T)㊁季戊四醇四(３Ｇ巯基丙酸酯) (P E T M P),购自阿拉丁公司.单壁碳纳米管(C N T),购自江苏先丰纳米材料科技有限公司.二丙胺(D P A),购自T C I试剂有限公司.二氯甲烷(D C M)㊁正己烷(N H X),购自国药集团化学试剂有限公司.２．２㊀测试与表征傅里叶红外光谱仪(F TＧI R):美国热电公司N i c o l e t５７００型.将干燥后的样品与K B r研磨进行压片,分辨率优于０．１c m－１,波数范围为４０００~４００c m－１.差示扫描量热仪(D S C):美国T A公司D S CＧ２５型.在氮气氛围下,升温速率和降温速率为１０ħ/m i n,升降温范围为－５０~１１０ħ.广角X射线散射仪(WA X S):安东帕商贸有限公司S A X S p o i n t２．０型.对液晶弹性体薄膜进行１DＧWA X S和２DＧWA X S测试,铜靶X射线密封管,升温速率和降温速率为１０ħ/m i n,使用T CＧS t a g e控温台调节温度范围为３０~１１０ħ.扫描电子显微镜(S E M):美国赛默飞集团公司F E I I n s p e c tF５０型.动态热机械分析仪(D MA):美国T A公司D MAＧQ８００,使用拉伸夹具,拉伸速率为４mm/m i n,温度区间为３０~９０ħ.２．３㊀碳纳米管/液晶弹性体复合材料的制备液晶单体R M２５７㊁交联剂P E TM P㊁扩链剂E D D E T和催化剂D P A的分子结构式如图１(a)所示,碳纳米管/液晶弹性体复合材料的制备流程如图１(b)所示.称取３７６．８m g(０．６４mm o l)的R M２５７,１０７．６m g(０．５９mm o l)的E D D E T,１４．５m g(０．０３mm o l)的P E T M P和２６．３m g的单壁碳纳米管置于１０m L的菌种瓶中,加入２m L二氯甲烷后混合均匀,再向上述混合溶液中加入６．０μL二丙胺,然后超声５m i n分散均匀.将混合溶液倒入到聚四氟乙烯(P T F E)模具(长３c mˑ宽２c mˑ深１．５c m)中,超声充分除去气泡后再放置于４０ħ烘箱中反应１．５h以完成预交联反应.待冷却至室温后,从P T F E模具中小心取出预交联的液晶弹性体薄膜,裁剪成长条,将其拉伸至原始长度的２４０％,两端用胶带固定,放在４０ħ烘箱中继续反应１０h,得到碳纳米管/液晶弹性体(C N TＧL C E)复合材料.参照上述方法,通过改变单壁碳纳米管的投料量,分别制备了碳纳米管质量分数为０,５％,８％,１２％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料.图１㊀(a)液晶单体R M２５７㊁扩链剂E D D E T㊁交联剂P E TM P及催化剂D P A的分子式;(b)碳纳米管/液晶弹性体复合材料的制备流程图.F i g．１㊀(a)M o l e c u l a rs t r u c t u r e so ft h eL C a c r y l a t em o n o m e r R M２５７,t h e c h a i n e x t e n d e rE D D E T,t h e c r o s s l i n k e r P E TM Pa n d t h e c a tＧa l y s tD P A;(b)S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no f p r eＧp a r i n g t h eC N TＧL C Ec o m p o s i t e f i l m．３㊀结果与讨论３．１㊀碳纳米管/液晶弹性体复合材料的红外谱图㊀㊀为了判断交联反应是否进行完全,我们对液晶单体R M２５７㊁交联剂P E T M P㊁扩链剂E DＧD E T㊁纯液晶弹性体以及质量分数为５％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料样品进行了红外谱图表征.如图２所示,液晶单体R M２５７在１４０９c m－１处出现的吸收峰,为末端碳碳双键的特征峰;扩链剂E D D E T和交联剂P E T M P均在２５５８c m－１处出现巯基的特征峰,说明扩链剂E D D E T 和交联剂P E T M P均存在巯基.在纯液晶弹性体以及碳纳米管/液晶弹性体复合材料样品的红外谱图中,在１４０９c m－１和２５５８c m－１处的属于碳碳双键和巯基的特征峰均消失不见,表明体系中基于硫烯点击化学的交联反应已完全３４２第２期㊀㊀㊀㊀㊀侯㊀燚,等:碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能图２㊀液晶单体R M２５７㊁交联剂P E TM P㊁扩链剂E D D E T㊁纯液晶弹性体薄膜和质量分数５％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的红外谱图.F i g．２㊀F T I Rs p e c t r ao ft h eL C m o n o m e rR M２５７,t h ec r o s s l i n k e rP E TM P,t h ec h a i ne x t e n d e rE D D E T,t h e p u r e L C E f i l m a n d t h e５％C N T s i n c o r p o r a t e dL C Ec o m p o s i t e f i l m．进行.３．２㊀碳纳米管/液晶弹性体复合材料的表面㊀㊀为了观察不同质量分数的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的表面微观结构,我们对液晶弹性体复合材料的表面进行了扫描电镜测试.图３(a)是纯液晶弹性体表面的S E M图,可以看出纯液晶弹性体表面平整光滑,没有明显的缺陷存在;从图３(b)和图３(c)可以看出,随着碳纳米管的加入,液晶弹性体复合材料表面的光滑程度降低,并出现一些褶皱现象,但是没有出现明显的碳纳米管团聚现象和缺陷,表明在掺杂量较少的情况下,碳纳米管均匀分布在液晶弹性体中,没有产生大的缺陷;图３(d)是质量分数１２％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的表面形貌图,可以发现随着碳纳米管质量分数的进一步增加,碳纳米管的局部分散性变差,开始出现团聚和相分离现象,导致液晶弹性体复合材料出现缺陷进而表面变得粗糙.３．３㊀碳纳米管/液晶弹性体复合材料的液晶性质㊀㊀采用D S C㊁１DＧWA X S和２DＧWA X S来系统研究了碳纳米管/液晶弹性体复合材料的热学及液晶性质,测试结果分别如图４㊁图５所示.图４(a)是未掺杂碳纳米管的液晶弹性体的D S C曲线,在升温过程中,纯液晶弹性体薄膜在－１ħ处图３㊀纯液晶弹性体(a)㊁质量分数５％(b)㊁质量分数８％(c)和质量分数１２％(d)的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的表面形貌图.F i g．３㊀S u r f a c ei m a g e so ft h e p u r e L C E(a),t h em a s s f r a c t i o no f５％(b),８％(c)a n d１２％(d)C N T s i n c o r p o r a t e dL C Ec o m p o s i t e f i l m．出现玻璃化转变,温度达到５８ħ时发生液晶相到各向同性相的转变;在降温过程中,在５０ħ由各向同性相态转变为液晶态,降温到－５ħ时,出现玻璃化转变峰.图４(b)是掺杂质量分数５％碳纳米管的液晶弹性体复合材料的D S C曲线,在升温过程中,碳纳米管/液晶弹性体复合材料在－７ħ出现玻璃化转变,在６９ħ发生液晶相到各向同性相的转变;在降温过程中,在６４ħ由各向同性态转变为液晶态,降温到－１１ħ时,出现玻璃化转变峰.图４(c)是掺杂质量分数８％碳纳米管的液晶弹性体复合材料的D S C曲线,在升温过程中,碳纳米管/液晶弹性体复合材料在－７ħ出现玻璃化转变,在６５ħ发生液晶相到各向同性相的转变;在降温过程中,在５９ħ由各向同性态转变为液晶态,降温到－１１ħ时,出现玻璃化转变峰.D S C测试结果表明,在升降温过程中,纯液晶弹性体和碳纳米管/液晶弹性体复合材料都具有液晶相,但加入碳纳米管会导致复合材料的玻璃化转变温度下降和清亮点温度上升,进而拓宽了其液晶相区间.为了进一步探究碳纳米管/液晶弹性体复合材料的液晶性,我们对质量分数为５％和８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料进了１DＧWA X S 和２DＧWA X S表征.从质量分数５％和８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的１DＧWA X S图谱４４２㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀中(图５(a ~d ))可以看出,在升温过程中,其小角区域没有明显的衍射峰,而在广角区域出现明显的弥散峰信号;在降温过程中,同样只在广角区域存在弥散峰.这说明碳纳米管/液晶弹性体复合材料不存在层状结构,表现出典型的向列相特征.图５(e )和图５(f)分别是质量分数５％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料在３０ħ和１１０ħ的２D ＧWA X S 图,可以看出,在３０ħ下,２D ＧWA X S 图像在经纬方向上有一对对称的圆弧光斑,说明复合材料内部的液晶基元沿着长轴方向取向较好.根据有序度S 的计算公式:S ＝１２(３‹c o s ２α›－１),其中α表示方位角,可得有序度S ＝０．６０.在１１０ħ下,即温度达到清亮点温度之上时,圆弧光斑消失,出现了一个明显的弥散圆环,说明碳纳米管/液晶弹性体复合材料内部取向消失,液晶基元处于各向同性态.相类似地,质量分数８％的碳纳米管/液晶图４㊀纯液晶弹性体(a )㊁质量分数５％(b )和质量分数８％(c )的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的D S C 曲线.F i g ．４㊀D S Cc u r v e so f t h e p u r eL C Ef i l m (a ),t h em a s s f r a c t i o no f ５％(b )a n d８％(c )C N T s i n c o r po r a t e d L C Ec o m po s i t e f i lm．图５㊀质量分数５％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料在升温(a )和降温(b)过程和质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料在升温(c )和降温(d )过程的一维WA X S 图,质量分数５％的复合材料在３０ħ(e)和１１０ħ(f )和质量分数８％的复合材料在３０ħ(g)和１１０ħ(h )下的二维WA X S 图.F i g ．５㊀１D WA X S p a t t e r n s o f t h em a s s f r a c t i o n o f ５％C N T s i n c o r p o r a t e dL C Ec o m po s i t e f i l m m e a s u r e d a t d i f Ｇf e r e n t t e m p e r a t u r e s d u r i n g t h eh e a t i n g (a )a n d c o o l i n g (b )c y c l e ,１D WA X S p a t t e r n s o f t h em a s s f r a c Ｇt i o n o f ８％C N T s i n c o r p o r a t e dL C Ec o m p o s i t e f i l m m e a s u r e d a t d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s d u r i n g t h e h e a t Ｇi n g (c )a n d c o o l i n g (d )c y c l e ,２D WA X S p a t t e r n so f t h e５％C N T s i n c o r p o r a t e dL C Ec o m p o s i t e f i l m m e a s u r e d a t ３０ħ(e )a n d１１０ħ(f ),２D WA X S p a t t e r n s o f t h em a s s f r a c t i o no f ８％C N T s i n c o r po Ｇr a t e dL C Ec o m p o s i t e f i l m m e a s u r e da t ３０ħ(g)a n d１１０ħ(h )．５４２第２期㊀㊀㊀㊀㊀侯㊀燚,等:碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能弹性体复合材料在３０ħ时表现出较好的单轴取向(图４(g )),有序度为０．５８,在１１０ħ时为各向同性态(图４(h )).综合D S C 和WA X S 数据可以看出,碳纳米管/液晶弹性体复合材料在升降温过程中表现出向列相液晶态,且复合材料的取向良好.图６㊀纯液晶弹性体(a )㊁质量分数５％(b)㊁质量分数８％(c )和质量分数１２％(d )的碳纳米管/液晶弹性体在不同温度下的应力Ｇ应变曲线.F i g．６㊀S t r e s s Ｇs t r a i n c u r v e s o f t h e p u r eL C E (a ),t h e m a s s f r a c t i o no f５％(b ),８％(c )a n d１２％(d )C N T si n c o r p o r a t e d L C E c o m po s i t ef i l m m e a s u r e da t d i f f e r e n t t e m pe r a t u r e s ．３．４㊀碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能㊀㊀为了系统研究碳纳米管及其质量分数对液晶弹性体材料力学性能的影响,我们利用D MA 对不同质量分数的碳纳米管/液晶弹性体复合材料在不同温度下的力学性能进行了测试及分析.从图６(a )可以看出,不掺杂碳纳米管的纯液晶弹性体薄膜的断裂强度会随着温度的升高而降低.在３０ħ时,纯液晶弹性体的断裂强度为１．９５M P a ,断裂伸长率达到了１５０％;在６５ħ(清亮点附近)时,纯液晶弹性体的断裂强度为０．７３M P a ,断裂伸长率为６７％;在８５ħ(清亮点以上)时,其断裂强度为０．６９M P a ,断裂伸长率为９１％.图６(b )是质量分数为５％的碳纳米管/液晶弹性体在不同温度下的应力Ｇ应变曲线,从图可知,随着温度的升高,其断裂强度降低,断裂伸长率呈现增大的趋势,在３０ħ时,其断裂强度为１．５８M P a ,断裂伸长率为１２４％;在６５ħ(清亮点附近)时,其断裂强度为０．３５M P a ,断裂伸长率为２０８％;在８５ħ(清亮点以上)时,其断裂强度０．２２M P a,断裂伸长率为２２２％.图６(c )是质量分数为８％的碳纳米管/液晶弹性体在不同温度下的应力Ｇ应变曲线,可以发现,随着温度升高,断裂强度和断裂伸长率均有所下降.在３０ħ时,复合材料的断裂强度为５．６２M P a ,断裂伸长率为１８２％;在６５ħ时,其断裂强度为２．３１M P a ,断裂伸长率为１１１％;而在８５ħ时,其断裂强度为１．６２M P a ,断裂伸长率为８９％.图６(d )是质量分数为１２％的碳纳米管/液晶弹性体在不同温度下的应力Ｇ应变曲线,可以发现,随着温度升高,断裂强度有所下降.在３０ħ时,复合材料的断裂强度为２．４４M P a,断裂伸长率为１９６％;在６５ħ时,其断裂强度为１．９６M P a ,断裂伸长率为１６９％;在８５ħ时,其断裂强度为１．０９８M P a ,断裂伸长率为１８０％.表１㊀纯液晶弹性体和质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能对比T a b ．１㊀M e c h a n i c a l p r o pe r t i e so ft h e p u r eL C Ea n dt h e ８％C N T s i n c o r p o r a t e dL C Ec o m po s i t e f i l m 温度/ħ类别断裂强度/M P a 断裂伸长率/％３０纯液晶弹性体１．９５１５０质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体５．６２１８２６５纯液晶弹性体０．７３６７质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体２．３１１１１８５纯液晶弹性体０．６９９１质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体１．６２８９通过对比发现,随着碳纳米管质量分数的增加,碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能主要呈现出先增加后降低的趋势,这表明适当的掺杂碳纳米管可以有效地增加液晶弹性体的力学性能,但是掺杂量过高会对复合材料的力学性能造成损伤.当碳纳米管掺杂量为质量分数８％时,碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能最好,与纯液晶弹性体的对比见表１.可以看出,在３０ħ时,掺杂质量分数８％的碳纳米管的液晶弹性体复合材料的断裂强度是纯液晶弹性体薄膜的近６４２㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀３倍,断裂伸长率也得以提升;即使在清亮点温度附近及以上时,复合材料的断裂强度仍然达到纯液晶弹性体的３倍左右.综合前面的测试数据和文献报道[２８],我们认为质量分数５％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料较纯液晶弹性体力学性能稍微降低的原因,主要是在掺杂少量的碳纳米管时,材料内部液晶基元的有序度对液晶弹性体力学性能的影响占主要作用,掺杂质量分数５％的碳纳米管减低了液晶弹性体内部液晶基元的有序度,导致了碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能略低于纯液晶弹性体;而随着碳纳米管的质量分数达到８％时,碳纳米管的增强组分作用进一步明显,其对液晶弹性体复合材料力学性能的影响占据了主导地位,导致了碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能增强;随着碳纳米管质量分数的进一步增加至１２％时,碳纳米管在液晶弹性体中局部分散性开始变差,出现了较为明显的团聚和相分离,造成了液晶弹性体复合材料内部的缺陷,进而导致了碳纳米管/液晶弹性体复合材料力学性能的下降.３．５㊀碳纳米管/液晶弹性体复合材料的可逆形变性能㊀㊀为了验证碳纳米管/液晶弹性体复合材料的可逆形变性能,我们在控温热台上对纯液晶弹性体和质量分数为８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料进行加热冷却循环来比较其形变能力.图７(a)是纯液晶弹性体在热刺激下的可逆形变图.可以看出,当温度升高到１００ħ(清亮点温度上)时,纯液晶弹性体沿着长轴方向收缩,其最大收缩率可以通过(L０－L i s o)/L i s o计算得到, L０是在室温下达到的最大长度,L i s o是各向同性相中达到的最短长度,由图７(a)算得纯液晶弹性体的最大收缩率约为４９％.图７(b)是加热Ｇ冷却循环中纯液晶弹性体长度与温度的关系图,其中L为薄膜在某一温度下的长度,可以看出,在升温过程中,L/L i s o的值在４５~７５ħ范围内变化急剧,从１．９９降为１．０７;在降温过程中,L/L i s o在７０~４０ħ温度范围,从１．０７迅速变为１．９２.从升降温过程中L/L i s o值的变化可以看出,纯液晶弹性体在热刺激下可以实现可逆的伸缩形变,几乎可以收缩到初始长度的１/２.图７(c)是质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料在热刺激下可逆形变的实物图.当温度升高到１００ħ(清亮图７㊀纯液晶弹性体(a)和质量分数８％碳纳米管/液晶弹性体复合样品(c)在热刺激下可逆形变;在加热Ｇ冷却循环过程中,纯液晶弹性体(b)和质量分数８％碳纳米管/液晶弹性体复合样品(d)在不同温度下的形变L/L i s o.F i g．７㊀R e v e r s i b l e t h e r m a lＧi n d u c e ds h r i n k i n g d e f o r mＧa t i o no ft h e p u r e L C E(a)a n d t h e m a s sf r a c t i o no f８％C N T s i n c o r p o r a t e dL C Ec o mＧp o s i t e f i l m(c);S h a p ed e f o r m a t i o n L/L i s o o ft h e p u r eL C E(b)a n d t h e８％C N T s i n c o r p oＧr a t e dL C Ec o m p o s i t e f i l m(d)．点以上)时,其沿着长度方向发生了收缩形变,其最大收缩率约为４５％.从图７(d)可以看出质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料在升温过程中,在５０~８５ħ范围内L/L i s o值迅速由１ ８３降到１．０６;在降温过程中,在８０~３５ħ范围内L/L i s o值由１．０６快速变化为１．８３.结果表明,质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料在热刺激下可以实现可逆的伸缩形变,但是其比纯液晶弹性体样品的可逆收缩形变量略少,这主要是由于碳纳米管这种无机材料刚性较强,在一定程度上限制了液晶弹性体薄膜的收缩形变.４㊀结㊀㊀论本文通过掺杂不同质量分数的碳纳米管到液晶弹性体中,制备了一系列碳纳米管/液晶弹性体复合材料,并对其热学㊁液晶性质及力学性能进行表征和分析.结果发现,碳纳米管的掺杂量对制备的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能有明显影响,随着掺杂量的增加,液晶弹性体的力学性能主要表现出先增加后降低的变化趋势.当掺杂质量分数８％的碳纳米管时,碳纳米管/液晶弹性７４２第２期㊀㊀㊀㊀㊀侯㊀燚,等:碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能体复合材料的力学性能最为优异,在３０ħ时,断裂强度为５．６２M P a,断裂伸长率为１８２％;在清亮点温度之上时,其断裂强度为１．６２M P a,断裂伸长率为８９％.相对于纯液晶弹性体薄膜材料而言,质量分数８％的碳纳米管/液晶弹性体复合材料的断裂强度是纯液晶弹性体的３倍,且可以实现最大收缩率为４５％的可逆伸缩形变,在人造肌肉㊁软体机器人等方面表现出有良好的应用前景.参㊀考㊀文㊀献:[１]㊀WH I T ETJ,B R O E RDJ．P r o g r a mm a b l e a n d a d a p t i v em e c h a n i c sw i t h l i q u i d c r y s t a l p o l y m e r n e t w o r k s a n d e l a s t oＧm e r s[J]．N a t u r eM a t e r i a l s,２０１５,１４(１１):１０８７Ｇ１０９８．[２]㊀陆海峰,王猛,黄帅,等．环氧液晶弹性体材料的制备与力学性能研究[J]．高分子学报,２０２１,５２(３):３０４Ｇ３１１．L U H F,WA N G M,HU A N G S,e ta l．S y n t h e s i sa n d m e c h a n i c a l p r o p e r t y i n v e s t i g a t i o no f e p o x y l i q u i dc r y s t a le l a s t o m e rm a t e r i a l[J]．A c t aP o l y m e r i c aS i n i c a,２０２１,５２(３):３０４Ｇ３１１．(i nC h i n e s e)．[３]㊀Q I NL,L I U XJ,Y U YL．S o f t a c t u a t o r s o f l i q u i d c r y s t a l p o l y m e r s f u e l e db y l i g h t f r o mu l t r a v i o l e t t on e a r i n f r a r e d [J]．A d v a n c e dO p t i c a lM a t e r i a l s,２０２１,９(７):２００１７４３．[４]㊀徐婉娴,尹若元,林里,等．液晶弹性体刺激形变研究[J]．化学进展,２００８,２０(１):１４０Ｇ１４７．X U W X,Y I N R Y,L I NL,e t a l．S t i m u l iＧr e s p o n s i v e d e f o r m a t i o no f l i q u i dＧc r y s t a l l i n e e l a s t o m e r s[J]．P r o g r e s s i nC h e m i s t r y,２００８,２０(１):１４０Ｇ１４７．(i nC h i n e s e)．[５]㊀O L I V E R K,S E D D O N A,T R A S K RS．M o r p h i n g i nn a t u r e a n db e y o n d:a r e v i e wo f n a t u r a l a n ds y n t h e t i c s h a p eＧc h a n g i n g m a t e r i a l s a n dm e c h a n i s m s[J]．J o u r n a l o f M a t e r i a l sS c i e n c e,２０１６,５１(２４):１０６６３Ｇ１０６８９．[６]㊀廖军秋．新型氰基二苯乙烯光致形变液晶弹性体的制备与性能研究[D]．湘潭:湘潭大学,２０１９．L I A OJQ．S y n t h e s i sa nd p r o pe r t i e so fn o v e lαＧc y a n o s t i l b e n eb a s e d p h o t o d ef o r m a b l e l i q u i dc r y s t a l l i n ee l a s t o m e r s[D]．X i a n g t a n:X i a n g t a nU n i v e r s i t y,２０１９．(i nC h i n e s e)．[７]㊀Z HUJC,HA N T,G U O Y,e t a l．D e s i g na n ds y n t h e s i so f l u m i n e s c e n t l i q u i dc r y s t a l l i n e p o l y m e r sw i t h J a c k e tＧi n g e f f e c t a n d l u m i n e s c e n t p a t t e r n i n g a p p l i c a t i o n s[J]．M a c r o m o l e c u l e s,２０１９,５２(１０):３６６８Ｇ３６７９．[８]㊀L I U L,L I U M H,D E N GLL,e t a l．N e a rＧi n f r a r e d c h r o m o p h o r e f u n c t i o n a l i z e d s o f t a c t u a t o rw i t hu l t r a f a s t p h o t oＧr e s p o n s i v e s p e e da n ds u p e r i o rm e c h a n i c a l p r o p e r t y[J]．J o u r n a lo f t h eA m e r i c a nC h e m i c a lS o c i e t y,２０１７,１３９(３３):１１３３３Ｇ１１３３６．[９]㊀B U S HU Y E V OS,S I N G L E T O N T A,B A R R E T T CJ．F a s t,r e v e r s i b l e,a n d g e n e r a l p h o t o m e c h a n i c a lm o t i o n i n s i n g l e c r y s t a l s o f v a r i o u sA z o c o m p o u n d su s i n g v i s i b l e l i g h t[J]．A d v a n c e d M a t e r i a l s,２０１３,２５(１２):１７９６Ｇ１８００．[１０]㊀I L I E V S K IF,MA Z Z E O A D,S H E P H E R DRF,e t a l．S o f t r o b o t i c s f o r c h e m i s t s[J]．A n g e w a n d t eC h e m i e I nＧt e r n a t i o n a lE d i t i o n,２０１１,５０(８):１８９０Ｇ１８９５．[１１]㊀K A I S E R A,W I N K L E R M,K R A U S ES,e t a l．M a g n e t o a c t i v e l i q u i d c r y s t a l e l a s t o m e r n a n o c o m p o s i t e s[J]．J o u rＧn a l o f M a t e r i a l sC h e m i s t r y,２００９,１９(４):５３８Ｇ５４３．[１２]㊀杨梦园,杨潇,封伟,等．近红外光响应液晶纳米智能材料[J]．液晶与显示,２０２０,３５(７):６３１Ｇ６４４．Y A N G M Y,Y A N G X,F E N G W,e t a l．N e a rＧi n f r a r e d l i g h tＧr e s p o n s i v e i n t e l l i g e n t l i q u i dc r y s t a l n a n o c o m p o s i t e s [J]．C h i n e s eJ o u r n a l o f L i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a y s,２０２０,３５(７):６３１Ｇ６４４．(i nC h i n e s e)．[１３]㊀D E HA A N L,V E R J A N SJ M N,B R O E R DJ,e t a l．H u m i d i t yＧr e s p o n s i v e l i q u i dc r y s t a l l i n e p o l y m e r a c t u a t o r s w i t ha n a s y mm e t r y i n t h em o l e c u l a r t r i g g e r t h a t b e n d,f o l d,a n d c u r l[J]．J o u r n a l o f t h eA m e r i c a nC h e m i c a l S oＧc i e t y,２０１４,１３６(３０):１０５８５Ｇ１０５８８．[１４]㊀M I C HA LBT,M C K E N Z I EB M,F E L D E RSE,e t a l．M e t a l l oＧ,t h e r m oＧ,a n d p h o t o r e s p o n s i v e s h a p em e m o r ya n da c t u a t i n g l i q u i d c r y s t a l l i n e e l a s t o m e r s[J]．M a c r o m o l e c u l e s,２０１５,４８(１０):３２３９Ｇ３２４６．[１５]㊀C HAM B E R SM,F I N K E L MA N N H,R E MŠK A R M,e t a l．L i q u i d c r y s t a l e l a s t o m e rＧn a n o p a r t i c l e s y s t e m s f o r a cＧt u a t i o n[J]．J o u r n a l o f M a t e r i a l sC h e m i s t r y,２００９,１９(１１):１５２４Ｇ１５３１．[１６]㊀N A C I R I J,S R I N I V A S A N A,J E O N H,e t a l．N e m a t i c e l a s t o m e r f i b e r a c t u a t o r[J]．M a c r o m o l e c u l e s,２００３,３６(２２):８４９９Ｇ８５０５．[１７]㊀翟飞,封伟．４D打印液晶弹性体软体机器人及其热致运动行为[J]．应用化学,２０２１,３８(１０):１３８９Ｇ１３９６．８４２㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀Z HA IF ,F E N G W．４D p r i n t e dl i q u i dc r ys t a l e l a s t o m e rs o f t r o b o t a n d i t s t h e r m a l d e r i v e d m o t i o nb e h a v i o r [J ]．C h i n e s eJ o u r n a l o f A p p l i e dC h e m i s t r y ,２０２１,３８(１０):１３８９Ｇ１３９６．(i nC h i n e s e )．[１８]㊀张帅,杨洋,吉岩,等．磁响应液晶弹性体材料研究进展[J ]．应用化学,２０２１,３８(１０):１２９９Ｇ１３０９．Z HA N GS ,Y A N GY ,J IY ,e t a l ．R e s e a r c h p r o c e s s o nm a g n e t o Ｇr e s p o n s i v e l i q u i d c r ys t a l l i n e e l a s t o m e r s [J ]．C h i Ｇn e s eJ o u r n a l o f A p p l i e dC h e m i s t r y ,２０２１,３８(１０):１２９９Ｇ１３０９．(i nC h i n e s e )．[１９]㊀J IY ,MA R S HA L LJE ,T E R E N T J E VE M．N a n o p a r t i c l e Ｇl i q u i d c r y s t a l l i n e e l a s t o m e r c o m p o s i t e s [J ]．P o l y m e r s ,２０１２,４(１):３１６Ｇ３４０．[２０]㊀HU Y ,L I UJQ ,C HA N GLF ,e t a l ．E l e c t r i c a l l y a n d s u n l i gh t Ｇd r i v e n a c t u a t o rw i t hv e r s a t i l e b i o m i m e t i cm o t i o n s b a s e do n r o l l e d c a r b o nn a n o t u b e b i l a y e r c o m po s i t e [J ]．A d v a n c e dF u n c t i o n a lM a t e r i a l s ,２０１７,２７(４４):１７０４３８８．[２１]㊀I I J I MA S ,I C H I HA S H IT．S i n g l e Ｇs h e l lc a r b o nn a n o t u b e so f１Ｇn m d i a m e t e r [J ]．N a t u r e ,１９９３,３６３(６４３０):６０３Ｇ６０５．[２２]㊀王猛,马丹阳,王成杰．近红外光响应液晶弹性体[J ]．化学进展,２０２０,３２(１０):１４５２Ｇ１４６１．WA N G M ,MADY ,WA N GCJ ．N e a r Ｇi n f r a r e d l i g h t r e s p o n s i v e l i q u i d c r y s t a l e l a s t o m e r s [J ]．P r o gr e s s i nC h e m Ｇi s t r y ,２０２０,３２(１０):１４５２Ｇ１４６１．(i nC h i n e s e )．[２３]㊀C AMA R G O CJ ,C AM P A N E L L A H ,MA R S HA L LJE ,e t a l ．L o c a l i s e d a c t u a t i o n i n c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g ca r Ｇb o nn a n o t u b e s a n dl i q u i dc r y s t a l l i n ee l a s t o m e r s [J ]．M a c r o m o l e c u l a rR a pi d C o mm u n i c a t i o n s ,２０１１,３２(２４):１９５３Ｇ１９５９．[２４]㊀Y A N GL Q ,S E T Y OWA T IK ,L IA ,e ta l ．R e v e r s i b l e i n f r a r e da c t u a t i o no f c a r b o nn a n o t u b e Ｇl i q u i dc r y s t a l l i n e e l a s t o m e r n a n o c o m po s i t e s [J ]．A d v a n c e d M a t e r i a l s ,２００８,２０(１２):２２７１Ｇ２２７５．[２５]㊀J IY ,HU A N G YY ,R U N G S AWA N G R ,e t a l ．D i s p e r s i o n a n d a l i g n m e n t o f c a r b o nn a n o t u b e s i n l i q u i d c r y s t a l l i n e p o l y m e r s a n de l a s t o m e r s [J ]．A d v a n c e d M a t e r i a l s ,２０１０,２２(３１):３４３６Ｇ３４４０．[２６]㊀MA R S HA L LJE ,J IY ,T O R R A SN ,e t a l ．C a r b o n Ｇn a n o t u b e s e n s i t i z e d n e m a t i c e l a s t o m e r c o m p o s i t e s f o r I R Ｇv i s i Ｇb l e p h o t o Ｇa c t u a t i o n [J ]．S o ftM a t t e r ,２０１２,８(５):１５７０Ｇ１５７４．[２７]㊀WA N G M ,S A Y E DS M ,G U O L X ,e t a l ．M u l t i Ｇs t i m u l i r e s p o n s i v e c a r b o nn a n o t u b e i n c o r p o r a t e d p o l y s i l o x a n e a z o b e n z e n e l i q u i d c r y s t a l l i n e e l a s t o m e r c o m p o s i t e s [J ]．M a c r o m o l e c u l e s ,２０１６,４９(２):６６３Ｇ６７１．[２８]㊀N I EZZ ,Z U OB ,WA N G M ,e t a l ．L i g h t Ｇd r i v e n c o n t i n u o u s r o t a t i n g M öb i u s s t r i p ac t u a t o r s [J ]．N a t u r e C o mm u Ｇn i c a t i o n s ,２０２１,１２(１):２３３４．作者简介:㊀侯㊀燚(１９９６－),男,湖北孝感人,硕士研究生,２０１８年于长江大学获得学士学位,主要从事液晶高分子材料的研究,E Ｇm a i l :１３０４５３４８４３＠q q．c om ㊀王㊀猛(１９９１－),男,江苏盐城人,博士,副研究员,２０１７年于东南大学获得博士学位,主要从事液晶弹性体材料研究.E Ｇm a i l :w a n gm＠s e u ．e d u ．cn ㊀杨㊀洪(１９８０－),男,江苏盐城人,博士,教授,２００７年于美国科罗拉多大学博德分校获得博士学位,主要从事功能高分子材料研究,E Ｇm a i l :y a n gh ＠s e u ．e d u ．c n９４２第２期㊀㊀㊀㊀㊀侯㊀燚,等:碳纳米管/液晶弹性体复合材料的力学性能。

新型手性单体及侧链液晶弹性体的合成与性能研究的开题报告开题报告：一、选题背景手性单体和侧链液晶弹性体在材料领域具有广泛的应用，在现代高技术化的制造工业中已经成为不可或缺的一部分。

其中，手性单体可以用于制备手性材料，如光学材料和生物医药材料，而侧链液晶弹性体则用于制备光学显示材料、光学器件等高新技术领域。

本论文选题的背景之一是要研究新型手性单体的合成方法、性能表征以及其在手性材料制备中的应用。

另一方面，本论文还旨在探索新型侧链液晶弹性体的合成及其性能表征，研究其在光学显示材料方面的应用。

二、研究内容及意义本论文主要包括两部分研究内容：1. 新型手性单体的合成及性能研究选取具有潜在应用价值的手性单体，采用化学合成、物理性质测量等方法对其进行研究。

其中，要考虑手性单体合成的选择性、产率等因素，通过核磁共振、红外光谱等分析手段，对分子结构及手性状态进行表征。

另外，通过在溶液中制备手性胶体材料，探究新型手性单体对光学性质的影响。

2. 新型侧链液晶弹性体的合成及性能研究选取合适的侧链液晶分子，通过化学合成方法引入侧链分子，制备出具有一定分子结构的侧链液晶弹性体。

其中，要采用动态力学测试方法对其进行性能评测，例如弹性模量、膨胀系数等指标。

同时，通过制备样品并在光学显示器件中进行制品测试，以研究其在光学显示领域的应用潜力。

三、研究方法1. 手性单体的合成方法研究合成方法包括有机合成化学、热力学、物理性质测量等，其中要注意合成的选择性及产率问题，并通过核磁共振、红外光谱等分析手段对其结构进行表征。

2. 手性单体的应用性能研究利用手性单体制备手性胶体材料，并使用相干光学、荧光光谱等测试手段对其光学性质进行测试和分析，探究其在手性材料制备方面的应用潜力。

3. 侧链液晶弹性体的合成方法研究采用有机合成化学方法制备侧链液晶弹性体样品，利用物理化学性质测量仪器对其性能进行评测。

4. 侧链液晶弹性体的应用性能研究利用制备的侧链液晶弹性体样品制备光学显示器件，并通过测试其在器件中的表现指标，如对比度、视角、反应速度等，以研究其在光学显示材料方面的应用潜力。

香港城市大学支春义《Joule》：如何测试和评估柔性储能器件的柔性和穿戴舒适性？Joule2019-02-24来源：研之成理，Joule近年来，随着科技的进步和人工智能技术的不断发展，柔性和可穿戴电子设备以其高柔性、轻薄、便携、可植入、可穿戴等诸多优点成为未来电子产品的重要发展方向。

而这些柔性可穿戴电子设备的发展离不开高度灵活的储能装置（如柔性电池或者超级电容器等）。

它们不仅要有与常规电源类似的高能量/功率密度，还需要具有强大的耐弯曲，耐冲击甚至可拉伸性能，以满足柔性电子设备在外力作用条件下的储能需求。

目前，人们研究并设计了多种柔性储能器件，在材料和结构设计以及电化学性能稳定性等方面取得显著的进展，但是如何测试和评估这些器件的“柔性”和“可穿戴性”成为摆在研究人员面前的难AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF题。

文献中采用的测试方法和参数是多种多样的，有时甚至是很任意的，缺乏统一的标准，这样很难准确地评价和比较柔性储能器件的性能。

此外，柔性可穿戴器件的穿戴舒适性也是在日常使用中的需要考虑的重要因素，这些在以往的文献中通常被忽略。

近日，香港城市大学的支春义教授课题组在Joule上撰写了题为“Evaluating Flexibility and Wearability of Flexible Energy Storage Devices”的评论文章，聚焦柔性电池和超级电容器在柔性测试中常用的方法和参数，系统研究了几个常用弯曲测试参数的有效性。

然后参考评估皮革柔软度的国际标准，提出了一个“柔度”的概念，来评估柔性储能器件的穿戴舒适性。

最后，突出强调了在可拉伸储能器件研究中常常忽略的拉伸后残余应变的问题。

通过这些研究，作者希望能启发研究人员的思考和探索，建立一个统一可接受的测试方法和标准来评估柔性储能器件的柔性/可拉伸性和穿戴舒适性，以推动柔性可穿戴储能器件的发展。

图文速递1.弯曲测试的几何参数AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF柔性储能器件弯曲到一定程度时，耐受性是其主要变形特性。

液晶弹性体的结构功能一体化研究进展目录一、内容简述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 液晶弹性体概述 (4)1.3 结构功能一体化研究的重要性 (5)二、液晶弹性体的基本性质 (6)2.1 液晶骨架结构 (7)2.2 弹性力学行为 (9)2.3 光学性能特点 (10)三、结构与性能关系研究 (11)3.1 构造异构体对性能的影响 (12)3.2 液晶分子排列与性能的关系 (13)3.3 微观结构与宏观性能的关联 (15)四、功能化液晶弹性体的设计 (16)4.1 功能性液晶高分子的设计 (17)4.2 生物相容性与生物降解性液晶弹性体 (18)4.3 光电活性液晶弹性体的开发 (19)五、结构功能一体化实现方法 (20)5.1 聚合物基液晶弹性体的合成技术 (21)5.2 纳米材料增强与纳米复合技术 (23)5.3 功能化液晶弹性体的制备工艺 (24)六、应用领域与前景展望 (26)6.1 在柔性电子领域的应用潜力 (27)6.2 在智能交通等领域的应用前景 (29)6.3 发展趋势与挑战分析 (30)七、结论与展望 (31)一、内容简述随着科技的不断发展，液晶弹性体作为一种新型的功能材料，在各个领域得到了广泛的应用。

液晶弹性体的结构功能一体化研究进展为该领域的发展提供了重要的理论基础和实践指导。

本文将对液晶弹性体的结构特点、制备方法、性能及应用进行详细的阐述，以期为该领域的研究者提供有益的参考。

本文将介绍液晶弹性体的定义、分类及其结构特点。

液晶弹性体是一种具有介观结构的高分子材料，其分子链通过特定的键合方式形成一种类似于液晶的相态。

根据其结构特点，液晶弹性体可以分为线性、非线性、梳状等多种类型。

不同类型的液晶弹性体在力学性能、热学性能和电学性能等方面具有不同的表现。

本文将详细介绍液晶弹性体的制备方法，液晶弹性体的制备方法主要包括溶胶凝胶法、溶液浇铸法、挤出法等。

各种制备方法在得到高质量液晶弹性体的同时，还能满足不同性能需求。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 7 期基于动态共价键自修复的光固化高分子材料研究进展余希希1，张金帅2，雷文1，刘承果2（1 南京林业大学理学院, 江苏 南京 210037；2 中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏 南京 210042）摘要：光固化技术的高效、适应性广、经济、节能与环境友好等特点使得近年来光固化高分子材料在人类生产生活中被广泛应用。

然而，光固化高分子材料的结构稳定性使得材料表面或内部一旦出现破损便难以修复，造成大量资源浪费与环境污染。

动态共价键可以在外界刺激作用下（光照、加热等）发生可逆的断裂和重组，从而导致分子拓扑结构的动态调整，赋予光固化高分子材料结构可调整、可循环利用和自修复性能等。

本文综述了近些年来基于酯键、Diels-Alder 反应、二硫键、硼酸酯键、位阻脲键等可逆共价键自修复的光固化高分子材料设计与制备，对近年来不同类型动态共价键光固化高分子材料的优缺点和应用进行了评述，最后指出动态共价键光固化高分子材料力学性能的弱势以及基于动态共价键修复的单一性，并对该领域未来的研究方向作了展望。

关键词：动态共价键；修复；光固化；聚合物；合成中图分类号：TB381 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）07-3589-11Research progress of self-healing photocuring polymeric materials basedon dynamic covalent bondsYU Xixi 1，ZHANG Jinshuai 2，LEI Wen 1，LIU Chengguo 2(1 College of Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 2 Institute of Chemical, Industry ofForest Products, Chinese Academy of Foresty, Nanjing 210042, Jiangsu, China)Abstract: Photocuring technology is highly efficient, adaptable, economical, energy-saving and environmentally friendly, making photocuring polymeric materials widely used in human production and life in recent years. However, the structural stability of Photocuring polymeric polymers makes it difficultto repair the materials once they are broken on the surface or inside, resulting in a large amount of wasted resources and environmental pollution. Dynamic covalent bonds can be reversibly broken and reorganized under the action of external stimuli (light, heating, etc .), which leads to dynamic adjustment of molecular topology and gives light-cured polymer materials structural adjustability, recyclability and self-healing properties. This paper reviewed the design and preparation of photocuring polymeric materials based on ester bonds, Diels-Alder reaction, disulfide bonds, borate ester bonds, site-resistant urea bonds and other reversible covalent bond self-repairs in recent years, summarized the advantages, disadvantages andapplications of different types of dynamically covalently bonded photocuring polymeric materials in recent综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1608收稿日期：2022-08-31；修改稿日期：2022-10-23。

国家863计划项目,智能材料与仿生结构一体化的人工肌肉柔顺驱动单元研究与开发《国家863计划项目：智能材料与仿生结构一体化的人工肌肉柔顺驱动单元研究与开发》序近年来，随着科技的快速发展，智能材料和仿生结构的研究逐渐成为科研领域的热门话题。

而在国家863计划项目中，智能材料与仿生结构一体化的人工肌肉柔顺驱动单元研究与开发更是备受关注。

本文将通过对此项目的全面评估，探讨其意义、前景及研究进展，旨在帮助读者深入了解这一领域的重要性和挑战。

一、项目背景国家863计划项目作为我国重要的科技攻关计划之一，一直致力于推动科技创新及成果转化。

智能材料与仿生结构一体化的人工肌肉柔顺驱动单元研究与开发作为该计划项目的重要子课题之一，旨在发展新型智能材料及驱动技术，实现仿生结构在工程实践中的应用，对于推动我国科技水平的提升具有重要意义。

二、项目意义该项目旨在解决传统机械驱动单元在柔性控制和高效能方面的不足，借鉴生物肌肉组织的结构与功能，开发智能材料驱动技术，从而实现人工肌肉柔顺驱动单元的研究与开发。

这一技术的成功应用将对机器人、生物医学和生产制造等领域产生深远影响，为我国科技创新注入新的动力，提高国家综合实力和国际竞争力。

三、研究进展目前，该项目已取得了一系列重要的研究成果。

在智能材料方面，团队通过对智能合金、电致变色材料等的研究，成功开发出具有形变和感应性的新型智能材料。

在仿生结构方面，通过对生物肌肉组织的结构与功能进行深入研究，团队成功实现了人工肌肉柔顺驱动单元的仿生设计与制造。

团队还在柔性控制和高效能方面取得了突破，为项目的后续研究奠定了坚实基础。

四、展望与应用随着研究的不断深入，人工肌肉柔顺驱动单元技术将在未来的机器人、生物医学和生产制造等领域得到广泛应用。

在机器人领域，该技术的成功应用将使机器人具备更加灵活和智能的特性，为我国制造业发展注入新的活力；在生物医学领域，人工肌肉柔顺驱动单元技术的应用将使仿生假肢、智能支具等得到新的突破，为残疾人群体带来更多的希望和便利。

东南大学研发出分子压电材料性能不输传统压电陶
瓷
近日，东南大学召开新闻发布会宣布，东南大学研究团队合成首例达到无机材料压电性能的分子材料，分子铁电、压电材料领域取得了突破性研究进展，解决130年来制约分子材料压电性的世纪难题。

东南大学熊仁根教授团队、游雨蒙教授课题组与合作者历经3年多的研究，完成了此项研究，研究结果已于美国东部时间7月21日发表在国际顶尖学术杂志《科学》上。

 压电性，就是材料在受挤压或拉伸时可以产生电，或在材料两段施加电压后材料伸长或缩短的特性。

具有压电性的材料也就被称作为压电材料，这类材料不但可以像马达那样，直接将电力转换成驱动力，还可以用电产生声波、超声波，例如医用B超探头上就使用了压电材料。

 不仅如此，借助其可以将压力转为电信号的能力，压电材料也被用作超声传感、加速度传感器等，现在智能手机上的“摇一摇”等功能的实现正是借助压电加速度传感器。

除此以外，人们所熟知的石英手表的核心元件就是一个压电石英晶片。

上到卫星火箭、下到渔船潜水艇，从军用导弹到医用B超，可以说压电材料的使用已经深入到社会的每一个层面中。

 伴随着技术的进步，各种电子元件的尺寸日益缩小，人们希望能在一层薄薄的可以弯折的薄膜上实现以往手机、笔记本电脑的所有功能。

在医学保健方面，越来越多的研究者希望将血压计、B超机等“大型设备”缩小并集成在日常衣物上做成“可穿戴的”医疗器械。

2024届江苏省南京市高三下学期第三次模拟考试全真演练物理试题（基础必刷）一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题2023年4月，我国有“人造太阳”之称的托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录。

其中磁约束的简化原理如图：在半径为和的真空同轴圆柱面之间，加有与轴线平行的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，。

假设氘核沿内环切线向左进入磁场，氚核沿内环切线向右进入磁场，二者均恰好不从外环射出。

不计重力及二者之间的相互作用，则和的速度之比为（ ）A．2∶1B．3∶2C．2∶3D．1∶2第(2)题有一电池，外电路断开时的路端电压为3.0V，外电路接上阻值为8.0Ω的负载电阻后路端电压降为2.4V，则可以确定电池的电动势E和内电阻r为（）A．E=2.4V，r=1.0ΩB．E=2.4V，r=2.0ΩC．E=3.0V，r=2.0ΩD．E=3.0V，r=1.0Ω第(3)题如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a，b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上；a、b带正电，电荷量均为q，c带负电。

整个系统置于方向水平的匀强电场中。

已知静电力常量为k。

若三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为（ ）A．B．C．D．第(4)题如图所示，甲图为研究光电效应规律的实验装置，乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，丙图为氢原子的能级图，丁图给出了几种金属的逸出功和极限频率。

下列说法正确的是（ ）A．若b光为绿光，c光不可能是紫光B．图甲所示的电路中，滑动变阻器滑片右移时，电流表示数一定增大C．若用能量为0.66eV的光子照射某一个处于激发态的氢原子，最多可以产生6种不同频率的光D．若用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于激发态的氢原子，可以使该氢原子电离第(5)题一波源O产生的简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻（）波传播到了B点，该时刻波动图像如图所示，再经过0.2s，C点第一次到达波峰，下列说法正确的是（ ）A．该波的周期为2.5sB．波源的起振方向为y轴负方向C．该波的传播速度为10m/sD．从至波传播到C点时，A点运动的路程为8cm第(6)题如图所示，中国空间站过境祖国上空，绕地心做近似圆周运动，轨道半径为r。

全新生物基氨纶材料问世
作者：
来源：《大众科学》2023年第09期
南京工业大学郭凯教授团队与连云港杜钟新奥神氨纶有限公司、苏美达轻纺国际集团携手设计并开发出全新生物基氨纶材料，该材料各项性能达到优等品级。

项目还开发形成了三个牌号的生物基氨纶新品种，相关产品的新结构已获授权国内外发明专利保护。

相比常规氨纶，生物基氨纶取代不可再生的石油基原料，采用可再生的生物质为原材料，具有环境友好、原料可再生、生产碳足迹少、可降解等优势，是国际纺织材料领域的重点在研产品。

然而，现有的美国和韩国同类产品价格极高，生物碳含量低于40%。

图片来源：Google
“常规的制备生物基氨纶的思路是以生物基的聚四氢呋喃来制备，其工艺路线长，产品成本高。

我们利用全新的生物基原料和氨纶制备思路，经过分子结构设计和聚合工艺改造后，让生物基氨纶保持了与传统莱卡纤维相同的性能参数，生物碳含量达76%以上。

”该项目团队成员、南工大教授孙戒介绍，对纺丝原料和产品性能的要求极为苛刻，纺丝原液黏度要适中，所纺出来的纤维在伸长率、回复率、张度、張力衰减率等方面均要达标。

研究团队经过近5年的联合攻关，数百次调整实验方案、技术配方、工艺路线，才开发出这款生物基氨纶新材料。

（扬子晚报）。

东南大学李全团队在液晶弹性体信息加密和显示方面取得重要
进展
佚名
【期刊名称】《信息网络安全》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】近日,东南大学智能材料研究院院长、首席科学家、化学化工学院李全团队在双重响应液晶弹性体用于多级信息加密和瞬态信息显示方面取得重要进展。

相关成果以“A Dual-Responsive Liquid Crystal Elastomer for Multi-Level Encryption and Transient Information Display”为题发表在国际权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》。

论文的通讯作者是东南大学李全院士和南京大学李承辉教授。

【总页数】1页(P271-271)
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
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1.东南大学集成电路与MEMS协同设计方面取得重要进展
2.西安建大科研团队在高耐蚀智能自修复镁合金有机涂层的设计、开发方面取得重要进展
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4.李中军/李忠堂团队在Kdo α糖基化反应策略方面取得进展
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GaAs／Si弹性形变及其应力的理论模型
钱文生;李明祥
【期刊名称】《东南大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1995(025)006
【摘要】ＧａＡｓ／Ｓｉ弹性形变及其应力的理论模型钱文生，李明祥，夏海良，魏同立（东南大学微电子中心南京，２１００１８）在ＧａＡｓ／Ｓｉ技术中，始终存在３个主要问题，即晶格失配、热膨胀系数失配和反相畴的存在，这是阻碍ＧａＡｓ／Ｓｉ外延质量提高的重要因素，因为它...
【总页数】4页(P136-139)
【作者】钱文生;李明祥
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN304.23
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可降解高分子纳米纤维药物控释系统的研究进展
杨健
【期刊名称】《化工时刊》
【年(卷),期】2010(24)3
【摘要】可降解高分子药物控释系统通过对药物剂量的有效控制,能够降低药物的毒副作用,提高药物的稳定性和利用率.近年来,静电纺丝纳米纤维因其具有比表面积大等特点,作为新型药物控制释放载体受到研究者的广泛关注.本文综述了可降解高分子纳米纤维药物控释系统的研究进展,对可降解高分子纳米纤维的制备及其在药物控释方面的研究进行介绍,并讨论了影响可降解高分子纳米纤维药物释放的因素.【总页数】5页(P33-37)
【作者】杨健
【作者单位】东南大学化学化工学院,生物材料和药物释放实验室,江苏,南
京,211189
【正文语种】中文
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