刺激響應型智能材料因其在外部刺激下發生特定的幾何形變或尺寸變化而引起了科研人員的極大興趣。作為其中重要的一種,取向的液晶彈性體可以在各種外部刺激(例如溫度,光,電等)下,因為液晶高分子鏈的構象的變化而表現出可逆的各向異性形變,比如像肌肉一樣收縮和伸張。溫度和光是LCE中最為普遍的刺激手段,但是它們不如電刺激實用和方便。遺憾的是,電刺激的LCE比較罕見,因此是迫切需要的。另一方面,導電高分子材料是一種電刺激智能材料,在給予其一定的驅動電壓時會發生彎曲形變(執行器),而在給予一定的機械刺激時會產生電信號(傳感器)。典型的離子導電高分子智能器件(i-EAD)為三層結構,包括中間一層離子導電膜和作為電極的上下兩層導電聚合物(ECP)組成。目前大多數使用的ECP為摻雜聚苯乙烯磺酸鹽的聚(3,4-乙撐二氧噻吩)(PEDOT:PSS)。在一定電壓和頻率的刺激下,ECP可以在電解質存在下被氧化或還原,為了確保ECP的整體電中性,在ECP內發生的離子的進出會導致ECP層收縮或膨脹實現彎曲變形。這項工作的要點在于,把液晶彈性體和導電高分子智能器件結合起來,制備了電刺激的即可收縮/伸張又可彎曲的雙功能液晶彈性體執行器。
圖3. 在±6 V,10 Hz下,雙功能三層結構 eLCE 薄膜的線性收縮/伸長形變。當施加10 Hz,±6 V 的電壓時,離子運動產生的焦耳熱使得該執行器的液晶彈性體(LCE)層發生向列相到各向同性相的相轉變,從而在取向方向產生類似于肌肉的線性收縮,其收縮率為20%。當施加負載時,該eLCE執行器可以提起其自身270倍質量的重物,提供5.38 kJ·m-3 的做工能力。
這種由向列相取向的LCE離子導電膜和兩個導電聚合物電極制成的雙功能三層結構eLCE 執行器,首次實現了在不同頻率和電壓刺激下選擇性地執行彎曲變形或線性收縮變形。這種多功能 eLCE 執行器可以用于開拓具有多個仿生自由度的新型智能材料,例如章魚觸手,這是軟體機器人長期以來所期望的。
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202307565
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