低驱动温度液晶弹性体制备与形变研究
摘要
液晶弹性体（LiquidCrystalElastomer，LCE）作为一种新型的刺激响应智能材料，
是将一种或多种液晶分子进行微交联后形成的高分子聚合物。LCE在不同的外界条件
刺激下具有不同的响应，其中光致形变与热致形变的LCE因其具有简单便捷的驱动方
式和良好的瞬时响应等特性，在人造肌肉、软体致动器等领域中具有巨大的应用潜力。
然而，传统LCE的驱动温度较高，部分LCE的驱动温度甚至超过了100℃，这既造成
了能源的浪费，又使得LCE在科学研究与实际应用中具有很大的局限性。因此，降低
LCE的驱动温度是当前研究领域的关键问题。目前降低驱动温度的主流方案是利用化
学分子修饰LCE，但这种方法操作繁琐、对科研条件有较高的要求，不利于LCE的大
批量生产。因此本研究采用烯“点击化学”法，通过减少液晶分子之间的范德华力以降
低液晶的相转变温度，开发出一种具有低驱动温度的丙烯酸酯LCE。实验结果表明该
方法合成的LCE可在-18℃下产生热致形变，具有良好的机械重复性。本文的主要研
究内容如下：
首先研究了烯“点击化学”法合成LCE的制备工艺。探究了液晶盒对液晶分子的取
向作用，设计了液晶分子的排列方式并验证LCE的形变方向，讨论了液晶盒厚度与聚
合温度对制备LCE的影响。
其次设计并制备了低驱动温度LCE，研究其温度响应特性。研究了液晶混合物的
相转变温度并分析相转变温度变化的机理；基于上述机理，采用烯“点击化学”法合成
了低驱动温度LCE，研究了LCE温度响应特性，包括热致形变性能、驱动温度、疲劳
性和重复性等，并对实验现象进行理论分析，结果表明：丙烯酸酯类液晶RM105含量
的适度增加，导致LCE的驱动温度下降，但这种温度的降低并不是永无止境的，当
RM105:RM257=4:1时，LCE具有最低的线性驱动温度与最好的热致形变性能；利用该
LCE材料，制备了仿生花等器件。
最后通过掺杂光热材料碳纳米管，制备了碳纳米管液晶弹性体（CarbonNanotubes
LiquidCrystalElastomer，CNT-LCE），并研究了CNT-LCE的温度响应特性与激光响
应特性。结果表明适度增加RM105的含量可以提高CNT-LCE的热致与光致形变性能，
降低所需驱动温度与激光强度。最后进行了多次激光重复实验，CNT-LCE形变误差为
2.8%，表明其具有良好的稳定响应。
关键词：智能材料；液晶弹性体；低驱动温度；热致形变；光致形变
低驱动温度液晶弹性体制备与形变研究
Abstract
LiquidCrystalElastomer(LCE),asanewtypeofstimulus-responseintelligentmaterial,
isakindofhighpolymerformedaftermicro-crosslinkingofliquidcrystalmolecules.LCE
responsedspeciallyunderdifferentexternalconditions.Photodeformableandthermally
deformableLCEarewidelyusedinartificialmuscles,softactuatorsandotherfieldsbecause
oftheirsimpledrivingmethodandgoodtransientresponse,havinggreatapplicationpotential.
However,drivingtemperatureoftraditionalLCEistoohigh,someevenexceeds100°C,
causingenergywaste