CN114437302A - 一种MXene纳米液晶复合软体致动器及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MXene纳米液晶复合软体致动器及其制备方法和应用，通过以下步骤制备：首先，制备表面功能化的可聚合MXene纳米单体；然后，将上述制备的可聚合MXene纳米单体与可聚合液晶单体、扩链剂、交联剂、催化剂、引发剂按预定比例于溶剂中混合均匀，经脱泡后倒入管状模具中进行第一阶段聚合反应，经后处理脱模后获得管状预聚体；最后，将上述获得的预聚体沿长轴方向进行单轴拉伸，并在拉伸状态下进行第二阶段光聚合反应，得到MXene纳米液晶复合软体致动器。本发明的MXene纳米液晶复合软体致动器具有自适应向光弯曲的能力，能够在三维空间的所有角度快速感知、连续跟踪和自适应地与入射光相互作用。
Description
技术领域
本发明涉及功能性液晶材料技术领域，特别是涉及一种MXene纳米液晶复合软体致动器及其制备方法和应用。
背景技术
在自然界中，具有自我调节能力的自适应驱动系统无处不在，例如向日葵等植物所展现的向光性便是一种典型的具有自我调节能力的自适应驱动系统。研究表明，植物向光性是由于阳光引起的植物茎中的生长因子的梯度分布引起的，这使得背光侧的细胞伸长从而产生向光弯曲现象，有利于植物最大限度地收集太阳能并进行光合作用。受自然有机体的启发，制备具有自适应能力的人工向光性材料成为研究的热点，如何开发能够自主向光并适应环境变化进行实时光跟踪的智能向光系统和材料是当前该领域的关键科学问题。在众多材料体系中，兼具聚合物弹性和介晶各向异性的液晶弹性体(LCE)展现出独特的优势，引起了人们的广泛关注。由于存在大且可逆的驱动性、形状变形可编程性、出色的加工性以及刺激响应性等优点，具有非对称层压结构和对称圆柱结构的LCE致动器已被开发并用于制造人工光致器件的传感和致动组件。然而，上述LCE软致动器没有建立内置反馈回路，无法实现向光性的自适应调节，并且这些人工光电系统往往存在光机械设计复杂、弯曲角度有限、驱动功率高、机械性能差、在三维空间中的光跟踪能力不足等弊端。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的LCE软致动器没有建立内置反馈回路，无法实现向光性的自适应调节，而提供一种MXene纳米液晶复合软体致动器及其制备方法和应用。
本发明的另一目的，提供一种MXene纳米液晶复合软体致动器。
本发明的另一目的，提供一种MXene纳米液晶复合软体致动器的应用。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种MXene纳米液晶复合软体致动器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，制备具有高光热转化效率的超薄MXene纳米片，对其表面依次进行硅层包覆、对硅层表面进行氨基改性、加入可聚合苯甲酸单体进行酰胺化反应从而获得表面功能化的可聚合MXene纳米单体；
步骤2，将上述制备的可聚合MXene纳米单体与可聚合液晶单体、扩链剂、交联剂、催化剂、引发剂按预定比例于溶剂中混合均匀，经脱泡后倒入管状模具中进行第一阶段聚合反应，待第一阶段聚合反应结束后进行干燥处理以除去溶剂，脱模后获得管状预聚体；
步骤3，将上述获得的预聚体沿长轴方向进行单轴拉伸，并在拉伸状态下进行第二阶段光聚合反应，得到MXene纳米液晶复合软体致动器。
在上述技术方案中，所述超薄MXene纳米片为Ti3C2Tx、Ti2CTx、Ti4N3Tx、Ti3CNTx、Mo2TiC2Tx、Nb2CTx或V2CTx，所述超薄MXene纳米片的单片横向尺寸为300nm～10μm；
所述可聚合MXene纳米单体、可聚合液晶单体、扩链剂、交联剂、催化剂、引发剂的质量份数的比为：(0～1.5):(60.0～80.0):(0～22.0):(0.5～25.0):(0.1～2.0):(0.5～3.0)；
所述可聚合液晶单体中丙烯酰氧基的总摩尔量与所述扩链剂和所述交联剂中巯基总摩尔量之比为(4～21):(3～20)；所述交联剂与所述扩链剂的摩尔比为1:(0～19)；
所述溶剂沸点不高于130℃，优选的，所述溶剂为甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃和三氯甲烷中的一种或任意比例的多种。
在上述技术方案中，所述硅层的厚度为15nm～200nm；
对硅层表面进行氨基改性所使用的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷；所述可聚合苯甲酸单体为端基带有羧基和丙烯酸酯双键的可聚合苯甲酸单体，优选的，所述可聚合苯甲酸单体为4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酸、4-(4-(丙烯酰氧基)丁氧基)苯甲酸或4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)-2-氟苯甲酸；
所述可聚合液晶单体选自式(I)或(Ⅱ)的化合物中的一种或任意比例的多种，
式(I)和(Ⅱ)中，A为芳香族环或脂环烷，B为芳香族环或脂环烷，优选的，A或B为芳香族环时，所述A或B为1,4-苯环、2-5-嘧啶环或1,2,6-萘环，所述A或B为脂环烷时，所述A或B为反-1，4-环己烷，当A或B含有侧基时，所述侧基为卤素、氰基或甲基；x，y分别为0～4；Z为酯基、炔基、烷烃基、氮氮双键或醚键；R1为含有1～16个碳原子的烷基；R2为含有1～16个碳原子的烷基、含有1～16个碳原子的丙烯酰氧基、含有1～16个原子的硅氧烷基、酯基、氰基、卤素、异硫氰基或硝基；
所述交联剂选自三巯基单体和四巯基单体中的一种或多种，优选的，所述交联剂为3-巯基丙酸-2-乙基-2-[(3-巯基-1-氧代丙氧基)甲基]-1,3-丙二酯和/或四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯；
所述扩链剂为二巯基单体，优选的，所述二巯基单体为2,2-(亚乙基二氧基)二乙硫醇(EDDET)、1,3-丙二硫醇和1,6-己二硫醇中的一种或多种。
在上述技术方案中，所述可聚合液晶单体包括单反应官能度液晶单体和双反应官能度液晶单体中的一种或几种，相变温度为30℃～180℃，更优选的，所述可聚合液晶单体选自下式中的一种或多种：
在上述技术方案中，所述的催化剂用于第一阶段聚合反应，优选为二丙胺、三乙胺或正己胺，第一阶段聚合反应的反应温度为15℃～35℃，反应时间为6～24h；所述干燥处理的温度为60℃～110℃，干燥处理的时间为6～48h，优选的所述干燥处理为真空干燥处理；
所述引发剂为光引发剂用于引发第二阶段光聚合反应，优选为2,2-二甲氧基-2-苯基乙酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，所述第二阶段光聚合反应的光源为波长315-380nm的UV光源，光强为5～200mW/cm2，聚合时间为60s～1800s。
在上述技术方案中，所述管状模具为聚四氟乙烯模具，管状模具的管状空腔的内径为0～50mm，高度为10～200mm，厚度为0.1～20mm；
所述拉伸的拉伸比例为120％～260％，拉伸温度为15℃～35℃。
本发明的另一方面，提供一种所述制备方法制备的MXene纳米液晶复合软体致动器，优选的，所述MXene纳米液晶复合软体致动器在光源为全光谱的白光或者波长范围为800～1200nm波段的光、光强为20mW/cm2～1W/cm2时发生向光弯曲形变。
本发明的另一方面，提供一种所述的MXene纳米液晶复合软体致动器的在全方向日光跟踪和自适应光伏领域、新型光催化领域、向光性太阳能水蒸发领域和自适应信号收集领域的应用。
本发明的另一方面，提供一种仿生向日葵，将所述的MXene纳米液晶复合软体致动器作为仿生向日葵的茎，MXene纳米液晶复合软体致动器的一端安装人造向日葵花盘，另一端竖直固定，然后在MXene纳米液晶复合软体致动器的侧壁粘贴人造叶，即获得具有全方向日光追踪能力的仿生向日葵。
本发明的另一方面，提供一种自适应光伏发电系统，将所述的MXene纳米液晶复合软体致动器作为光追踪部件，在所述MXene纳米液晶复合软体致动器的一端安装太阳能电池板，另一端进行固定，与所述太阳能电池板相连的电线穿过MXene纳米液晶复合软体致动器的中部空腔与外用设备相连，即获得自适应光伏发电系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的MXene纳米液晶复合软体致动器具有自适应向光弯曲的能力，能够在三维空间的所有角度快速感知、连续跟踪和自适应地与入射光相互作用，该致动器不仅具有增强的机械性能和优异的光热性能，同时，超薄MXene纳米片作为感光器和光热纳米传感器赋予了致动器灵敏的驱动性能和光定向能力，可以实时在三维空间内自动向光照方向弯曲并最终与入射光方向一致，且其弯曲角度可以通过改变光照强度、入射光角度、软体致动器的组分等因素实现任意调控。
2.本发明的MXene纳米液晶复合软体致动器中固有的光-热-机械相互作用机制和内置负反馈回路使其具有极高的光跟踪精度，显示出优异的三维空间全向光跟踪能力。
3.本发明提供的MXene纳米液晶复合软体致动器构型具有径向形状对称、致动自由度高、驱动模式多样等优势，并且大的内部空间有利于电子集成或流体输送。
4.本发明在催化剂的催化作用下使扩链剂、交联剂中的端基巯基与可聚合MXene纳米单体、可聚合液晶单体中的端基双键发生迈克尔加成反应进行第一阶段聚合，采用紫外光辐照以激活引发剂，体系中剩余的端基双键发生第二阶段自由基光聚合反应，制备简单、稳定性好，可以进行规模化生产。
5.本发明的自适应光伏发电系统具有强大的自适应光跟踪能力，可以使太阳能电池板始终与入射光保持垂直，有利于始终保持最大的光照功率密度，从而显著提高太阳能收集效率。
6.本发明的仿生向日葵可以像植物的茎一样向光照射的方向弯曲，具有极高的光跟踪精度，显示出优异的三维空间全向光跟踪能力。
附图说明
图1为实施例1中合成可聚合的超薄MXene纳米单体的制备过程示意图。
图2为实施例1中制备MXene纳米液晶复合软体致动器的制备过程示意图。
图3为MXene纳米液晶复合软体致动器在拉伸聚合前后的广角X射线衍射(WAXD)图。
图4为具有不同的MXene纳米单体含量的MXene纳米液晶复合软体致动器的应力-应变曲线图。
图5为0.4wt％MXene纳米液晶复合软体致动器经不同强度的NIR照射60s后的温度和弯曲角度数据图。
图6为单株仿生向日葵在受到光源照射时的向光弯曲照片。
图7为仿生向日葵花簇在受到光源照射时的向光弯曲照片。
图8为当入射光的天顶角和方位角改变时，仿生向日葵的全方向光跟踪精度数据图。
图9为自适应光伏系统的原理示意图。
图10为当光源从90°天顶角照射时的自适应光伏系统的照片。
图11为当光源从不同天顶角(-90°～90°)照射时，静态太阳能电池板和自适应光伏系统产生的光伏电流的对比数据图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
1.1可光聚合MXene纳米单体的制备
如图1所示，将5gTi3AlC2粉末加入到30mL40％氢氟酸(HF)水溶液中室温反应3天。依次用水和乙醇离心清洗，然后将沉淀物分散在25mL四丙基氢氧化铵(TPAOH)中，室温下继续搅拌3天，用乙醇和水离心洗涤三次，底部沉淀即合成的超薄Ti3C2Tx纳米片(纳米片的平均横向尺寸为400nm)。
将十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)水溶液(5g，10wt％)和三乙醇胺(TEA)水溶液(0.1g，10wt％)预混合并搅拌10min，然后逐滴添加Ti3C2Tx水溶液(0.5mgmL-1，5mL)并搅拌1min，随后反应1.5h。将80μL正硅酸乙酯(TEOS)添加到反应混合物中并在80℃下搅拌1h，经乙醇离心洗涤三次，底部产物即包覆了介孔二氧化硅层的MXene@mSiO2(硅层厚度为55nm)。
将100μL氨基硅烷偶联剂APTES添加到80mLMXene@mSiO2的乙醇溶液中，在80℃下回流反应8h，用乙醇和水在5000rpm转速下离心洗涤两次，底部产物即氨基改性的MXene-NH2。
向10mL THF中添加120mg的4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酸(6OBA)和80mg的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC-HCl)，并在50℃下搅拌2h，然后逐滴添加含MXene-NH2的THF溶液并在相同条件下反应48h。反应完成后将产物依次在甲醇/THF混合溶液(1:1，v/v)和THF中离心洗涤，真空干燥后即得可聚合的超薄MXene纳米单体。
1.2管状预聚体的制备
将1g RM257添加到40wt％(即0.4g)甲苯中加热溶解并冷却至室温，随后加入0.054g四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯(PETMP)，0.229g 2,2-(亚乙基二氧基)二乙硫醇(EDDET)和0.064g光引发剂Irg 651。分别将不同含量的MXene纳米单体(0,0.2,0.4和0.8wt％)分散到142mg的DPA/甲苯溶液(1:50，v/v)中，超声波搅拌10min，然后，将该溶液添加到单体溶液中，并在涡流混合器上剧烈混合。真空脱泡后，将反应物迅速倒入定制的管状聚四氟乙烯模具中(管状空腔的内径为5mm，深度为30mm，厚度为1mm)。反应8h后，将其放入80℃真空干燥箱中干燥18h以蒸发甲苯。脱模后，得到管状预聚体。
本步骤中所述RM257、PETMP、EDDET、Irg 651和DPA结构如下所示：
1.3MXene纳米液晶复合软体致动器的制备
如图2所示，将管状预聚体沿长轴方向单轴拉伸至200％，并用波长为365nm，光强为150mW/cm2的UV光照射10min，即得到具有不同MXene含量(0,0.2,0.4和0.8wt％)的MXene纳米液晶复合软体致动器，并研究所述致动器在波长为808nm的近红外光(NIR)照射下的向光弯曲性能。如图3所示，从图中可以看出2D-WAXD图案从均匀的衍射环变为两个高强度弧区，表明经过拉伸聚合后多畴LCE转变为单畴取向。
将MXene纳米液晶复合软体致动器的一端竖直固定，另一端保持自由。当受到光照射时，交联在所述致动器内部的超薄MXene纳米片作为感光器和光热纳米传感器能够迅速自主感应光照并产生光热效应，使光照区域的温度急剧升高，引起该区域的LCE交联网络发生向列相-各向同性相(N-I)的相转变并在宏观尺度上表现为体积收缩，由此产生的向光侧与背光侧的不对称变形使得MXene纳米液晶复合软体致动器向光照射的方向弯曲。当撤去光照后温度降低，LCE交联网络的收缩区域恢复到初始伸展状态，所述致动器随之恢复直立状态。当光照方向和光照角度发生变化时，所述致动器固有的光-热-机械相互作用机制和内置负反馈回路可以重新定向光照位置并再次向光弯曲，最终实现三维空间内的全方向光跟踪。如图4所示，可以看出MXene纳米单体的引入可以显著提高LCE的机械性能。如图5所示，结果表明原位交联的MXene纳米单体具有优异的光热转换性能，能将光能迅速转化为热能并引起曝光区域温度的升高，进而引起LCE网络发生不对称体积收缩并向光弯曲，并且光照强度越大，升温速率越快，弯曲角度越大。
实施例2
2.1表面功能化的可光聚合MXene纳米单体的制备
将2g的Mo2TiAlC2粉末加入到20mL的10wt％HF和10wt％HCl溶液中，置于45℃下蚀刻40h。产物用去离子水在3000rpm转速下离心洗涤至pH＞6，然后收集并真空干燥。将真空烘干后的粉末分散到45mL浓度为0.8wt％的四丁基氢氧化铵(TBAOH)水溶液中搅拌2h，然后在3500rpm下离心1h，上层溶液即为合成的超薄Mo2TiC2Tx纳米片水溶液(纳米片的平均横向尺寸为600nm)。
将6g浓度为8wt％的CTAC水溶液和0.2g浓度为5wt％的TEA水溶液预混合并搅拌15min，然后逐滴添加2mL浓度为1.5mg mL-1的Mo2TiC2Tx水溶液并搅拌2min，随后反应4h。将50μLTEOS添加到反应混合物中并在75℃下搅拌1h，用乙醇离心洗涤三次，底部产物即包覆了介孔二氧化硅层的MXene@mSiO2(硅层厚度为30nm)。
将90μL氨基硅烷偶联剂A-1110添加到75mLMXene@mSiO2的乙醇溶液中，在80℃下回流反应6h，用乙醇和水在5000rpm转速下离心洗涤两次，底部产物即氨基改性的MXene-NH2。
向5mL THF中添加60mg的4-(4-(丙烯酰氧基)丁氧基)苯甲酸(4OBA)和40mg的EDC-HCl，并在50℃下搅拌1.5h，然后逐滴添加含MXene-NH2的THF溶液并在相同条件下反应40h。反应完成后将产物依次在甲醇/THF混合溶液(1:1，v/v)和THF中离心洗涤，真空干燥后即得可光聚合的超薄MXene纳米单体。
2.2管状预聚体的制备
将2g LC242添加到45wt％(即0.9g)二氯甲烷中加热溶解并冷却至室温，随后加入0.126g季戊四醇四(3-巯基丙酸)(PETMP)，0.275g的1,3丙二硫醇和0.115g光引发剂Irg819。将0.4wt％MXene纳米单体分散到280mg的三乙胺/二氯甲烷溶液(1:50，v/v)中，超声波搅拌10min，然后，将该溶液添加到单体溶液中，并在涡流混合器上剧烈混合。真空脱泡后，将反应物迅速倒入定制的管状聚四氟乙烯模具中(管状空腔的内径为8mm，深度为60mm，厚度为2mm)。反应12h后，将其放入60℃真空干燥箱中干燥10h以蒸发二氯甲烷。脱模后，得到管状预聚体。
本步骤中所用的LC242、1,3-丙二硫醇、Irg 819、PETMP和三乙胺的结构式如下所示：
2.3MXene纳米液晶复合软体致动器的制备
将管状预聚体拉伸至180％，并用波长为365nm，光强为120mW/cm2的UV光照射20min，即得到MXene纳米液晶复合软体致动器。
2.4仿生向日葵的制备
将1.3制备的MXene纳米液晶复合软体致动器作为仿生向日葵的茎，将所述致动器的一端安装人造向日葵花盘，另一端竖直固定在人造草坪上，并在所述致动器的侧壁粘贴人造叶，即获得单株仿生向日葵。将多株仿生向日葵阵列排列，即得到仿生向日葵花簇。用波长为980nm，光强为800mW cm-2的NIR光照射人造向日葵，通过改变入射光的天顶角和方位角来研究人造向日葵的向光性和全方向光跟踪能力。由图6可知，人造向日葵可以自动锁定光源方向并向光弯曲，最终弯曲到茎横截面与入射光垂直并维持在此平衡角度。图7表明，当没有光照时，仿生向日葵花簇保持直立，当出现光照时，仿生向日葵花簇向光弯曲，当光照方向改变时，仿生向日葵花簇发生光跟踪。随后选取单株直立固定的仿生向日葵进行全方向光跟踪精度的测试，设定光源入射方向与天顶方向的夹角为天顶角(0°～90°)，入射光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角为方位角(0°～360°)。首先固定入射光源的方位角为0°，测试当光源从不同天顶角Z0照射时仿生向日葵的实际弯曲角度Z1，则天顶角的光追踪精度为
然后固定入射光源的天顶角为90°，测试当光源从不同方位角A0照射时仿生向日葵的实际方位角A1,则方位角的光追踪精度为
测试数据如图8所示，结果表明仿生向日葵能够在三维空间内实现>99.8％的超高光跟踪精度。
实施例3
3.1可光聚合MXene纳米单体的制备
将12g LiF加入到200mL 9mol/LHCl溶液中搅拌10min，然后缓慢加入10g Ti2AlC粉末，置于50℃下反应38h，将反应产物用去离子水离心洗涤直至pH≥6，将沉淀重新分散到去离子水中先手动摇晃15min，再在3500rpm的转速下离心30min，上层溶液即为合成的超薄Ti2CTx纳米片水溶液(纳米片的平均横向尺寸为1.3μm)。
将9g浓度为7wt％的CTAC水溶液和0.3g浓度为4wt％的TEA水溶液预混合并在室温水浴中搅拌15min，然后逐滴添加5mL浓度为1mg mL-1的Ti2CTx水溶液并搅拌10min，随后反应6.5h。将135μLTEOS添加到反应混合物中并在85℃下搅拌5h，经乙醇离心洗涤三次，底部产物即包覆了介孔二氧化硅层的MXene@mSiO2(硅层厚度为110nm)。
将150μL氨基硅烷偶联剂KBM-603添加到120mL MXene@mSiO2的乙醇溶液中，在85℃下回流反应10h，用乙醇和水在5000rpm转速下离心洗涤两次，底部产物即氨基改性的MXene-NH2。
向12mLTHF中添加145mg的4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)-2-氟苯甲酸(6OFBA)和95mg的EDC-HCl，并在50℃下搅拌3.5h，然后逐滴添加含MXene-NH2的THF溶液并在相同条件下反应50h。反应完成后将产物依次在甲醇/THF混合溶液(1:1，v/v)和THF中离心洗涤，真空干燥后即得可聚合的超薄MXene纳米单体。
3.2管状预聚体的制备
将1.2g C6M和0.3g RM105添加到40wt％(即0.60g)THF中加热溶解并冷却至室温，随后加入0.115g的3-巯基丙酸-2-乙基-2-[(3-巯基-1-氧代丙氧基)甲基]-1,3-丙二酯(TTMP)，0.277g的1,6-己二硫醇和0.096g光引发剂Irg 1173。将0.5wt％MXene纳米单体分散到202mg的正己胺/THF溶液(1:50，v/v)中，超声搅拌10min，然后添加到单体溶液中混合均匀。真空脱泡后，将反应物迅速倒入到定制的管状聚四氟乙烯模具中(管状空腔的内径为12mm，深度为75mm，厚度为3.5mm)。反应15h后，将其放入70℃真空干燥箱中干燥24h以蒸发THF。脱模后，得到管状预聚体。
本步骤中所用的C6M、RM105、Irg1173、TTMP、1,6-己二硫醇和正己胺的结构式如下所示：
3.3MXene纳米液晶复合软体致动器的制备
将管状预聚体拉伸至160％，并用波长为365nm，光强为100mW/cm2的UV光照射30min，即得到MXene纳米液晶复合软体致动器。
3.4自适应光伏发电系统的制备
将3.3制备的MXene纳米液晶复合软体致动器作为光追踪部件，在所述致动器的一端安装太阳能电池板，将另一端竖直固定，与太阳能电池板相连的电线穿过所述致动器的中部空腔与外用设备相连，即获得自适应光伏发电系统。自适应光伏系统的原理图如图9所示。用功率为300W，光强为500mW cm-2的碘钨灯照射自适应光伏系统，通过改变入射光的天顶角来研究自适应光伏系统的发电效率。从图10可以看出，自适应光伏系统可以自主向光弯曲并将光能转化成输出的电能。与传统的静态太阳能电池板相比，如图11所示，向光性光伏系统的横截面能够始终与入射光保持垂直，有效保障了太阳能电池板在任何天顶角都能获得高的光子功率密度，显著提高了输出功率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种MXene纳米液晶复合软体致动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，制备具有高光热转化效率的超薄MXene纳米片，对其表面依次进行硅层包覆、对硅层表面进行氨基改性、加入可聚合苯甲酸单体进行酰胺化反应从而获得表面功能化的可聚合MXene纳米单体；
步骤2，将上述制备的可聚合MXene纳米单体与可聚合液晶单体、扩链剂、交联剂、催化剂、引发剂按预定比例于溶剂中混合均匀，经脱泡后倒入管状模具中进行第一阶段聚合反应，待第一阶段聚合反应结束后进行干燥处理以除去溶剂，脱模后获得管状预聚体；
步骤3，将上述获得的预聚体沿长轴方向进行单轴拉伸，并在拉伸状态下进行第二阶段光聚合反应，得到MXene纳米液晶复合软体致动器。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超薄MXene纳米片为Ti3C2Tx、Ti2CTx、Ti4N3Tx、Ti3CNTx、Mo2TiC2Tx、Nb2CTx或V2CTx，所述超薄MXene纳米片的单片横向尺寸为300nm～10μm；
所述可聚合MXene纳米单体、可聚合液晶单体、扩链剂、交联剂、催化剂、引发剂的质量份数的比为：(0～1.5):(60.0～80.0):(0～22.0):(0.5～25.0):(0.1～2.0):(0.5～3.0)；
所述可聚合液晶单体中丙烯酰氧基的总摩尔量与所述扩链剂和所述交联剂中巯基总摩尔量之比为(4～21):(3～20)；所述交联剂与所述扩链剂的摩尔比为1:(0～19)；
所述溶剂沸点不高于130℃，优选的，所述溶剂为甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃和三氯甲烷中的一种或任意比例的多种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅层的厚度为15nm～200nm；
对硅层表面进行氨基改性所使用的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷；所述可聚合苯甲酸单体为端基带有羧基和丙烯酸酯双键的可聚合苯甲酸单体，优选的，所述可聚合苯甲酸单体为4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酸、4-(4-(丙烯酰氧基)丁氧基)苯甲酸或4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)-2-氟苯甲酸；
所述可聚合液晶单体选自式(I)或(Ⅱ)的化合物中的一种或任意比例的多种，
式(I)和(Ⅱ)中，A为芳香族环或脂环烷，B为芳香族环或脂环烷，优选的，A或B为芳香族环时，所述A或B为1,4-苯环、2-5-嘧啶环或1,2,6-萘环，所述A或B为脂环烷时，所述A或B为反-1，4-环己烷，当A或B含有侧基时，所述侧基为卤素、氰基或甲基；x，y分别为0～4；Z为酯基、炔基、烷烃基、氮氮双键或醚键；R1为含有1～16个碳原子的烷基；R2为含有1～16个碳原子的烷基、含有1～16个碳原子的丙烯酰氧基、含有1～16个原子的硅氧烷基、酯基、氰基、卤素、异硫氰基或硝基；
所述交联剂选自三巯基单体和四巯基单体中的一种或多种，优选的，所述交联剂为3-巯基丙酸-2-乙基-2-[(3-巯基-1-氧代丙氧基)甲基]-1,3-丙二酯和/或四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯；
所述扩链剂为二巯基单体，优选的，所述二巯基单体为2,2-(亚乙基二氧基)二乙硫醇(EDDET)、1,3-丙二硫醇和1,6-己二硫醇中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可聚合液晶单体包括单反应官能度液晶单体和双反应官能度液晶单体中的一种或几种，相变温度为30℃～180℃，更优选的，所述可聚合液晶单体选自下式中的一种或多种：
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的催化剂用于第一阶段聚合反应，优选为二丙胺、三乙胺或正己胺，第一阶段聚合反应的反应温度为15℃～35℃，反应时间为6～24h；所述干燥处理的温度为60℃～110℃，干燥处理的时间为6～48h，优选的所述干燥处理为真空干燥处理；
所述引发剂为光引发剂用于引发第二阶段光聚合反应，优选为2,2-二甲氧基-2-苯基乙酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，所述第二阶段光聚合反应的光源为波长315-380nm的UV光源，光强为5～200mW/cm2，聚合时间为60s～1800s。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述管状模具为聚四氟乙烯模具，管状模具的管状空腔的内径为0～50mm，高度为10～200mm，厚度为0.1～20mm；
所述拉伸的拉伸比例为120％～260％，拉伸温度为15℃～35℃。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的制备方法制备的MXene纳米液晶复合软体致动器，优选的，所述MXene纳米液晶复合软体致动器在光源为全光谱的白光或者波长范围为800～1200nm波段的光、光强为20mW/cm2～1W/cm2时发生向光弯曲形变。
8.一种如权利要求7所述的MXene纳米液晶复合软体致动器的在全方向日光跟踪和自适应光伏领域、新型光催化领域、向光性太阳能水蒸发领域和自适应信号收集领域的应用。
9.一种仿生向日葵，其特征在于，将权利要求7所述的MXene纳米液晶复合软体致动器作为仿生向日葵的茎，MXene纳米液晶复合软体致动器的一端安装人造向日葵花盘，另一端竖直固定，然后在MXene纳米液晶复合软体致动器的侧壁粘贴人造叶，即获得具有全方向日光追踪能力的仿生向日葵。
10.一种自适应光伏发电系统，其特征在于，将权利要求7所述的MXene纳米液晶复合软体致动器作为光追踪部件，在所述MXene纳米液晶复合软体致动器的一端安装太阳能电池板，另一端进行固定，与所述太阳能电池板相连的电线穿过MXene纳米液晶复合软体致动器的中部空腔与外用设备相连，即获得自适应光伏发电系统。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115433590A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-12-06 | 天津大学 | MXene纳米复合手性液晶光子晶体柔性膜及其制备方法和应用 |
| CN116289170A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-23 | 江南大学 | 一种多重刺激响应的液晶弹性体/MXene复合纤维软体驱动器及其制备方法与应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103524678A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-01-22 | 湖北大学 | 用于光致动器的液晶弹性体复合材料及其制备方法 |
| US20150315012A1 (en) * | 2012-11-27 | 2015-11-05 | Istituto Italiano Di Tecnologia | Light driven liquid crystal elastomer actuator |
| WO2017085606A1 (en) * | 2015-11-17 | 2017-05-26 | Sabic Global Technologies B.V. | Porous polymer nanocomposites with ordered and tunable crystalline and amorphous phase domains |
| CN109712824A (zh) * | 2019-02-12 | 2019-05-03 | 西南交通大学 | 一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法及三维MXene阵列 |
| CN113045716A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-06-29 | 天津大学 | 一种光驱动形状可编程MXene复合水凝胶驱动器及其制备方法 |
-
2021
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150315012A1 (en) * | 2012-11-27 | 2015-11-05 | Istituto Italiano Di Tecnologia | Light driven liquid crystal elastomer actuator |
| CN103524678A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-01-22 | 湖北大学 | 用于光致动器的液晶弹性体复合材料及其制备方法 |
| WO2017085606A1 (en) * | 2015-11-17 | 2017-05-26 | Sabic Global Technologies B.V. | Porous polymer nanocomposites with ordered and tunable crystalline and amorphous phase domains |
| CN109712824A (zh) * | 2019-02-12 | 2019-05-03 | 西南交通大学 | 一种利用液晶化MXene构建三维MXene阵列的方法及三维MXene阵列 |
| CN113045716A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-06-29 | 天津大学 | 一种光驱动形状可编程MXene复合水凝胶驱动器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| KARLA G. GUTIERREZ-CUEVAS, ET AL.: "Frequency-Driven Self-Organized Helical Superstructures Loaded with Mesogen-Grafted Silica Nanoparticles", 《ANGEW. CHEM.》 * |
| MENGYUAN YANG, ET AL.: "Bioinspired Phototropic MXene-Reinforced Soft Tubular Actuators for Omnidirectional Light-Tracking and Adaptive Photovoltaics", 《ADV. FUNCT. MATER.》 * |
| MOHAND O. SAED, ET AL.: "Thiol-Acrylate Main-Chain Liquid-Crystalline Elastomers with Tunable Thermomechanical Properties and Actuation Strain", 《JOURNAL OF POLYMER SCIENCE, PART B: POLYMER PHYSICS》 * |
| PAN XUE, ET AL.: "Near-Infrared Light-Driven Shape-Morphing of Programmable Anisotropic Hydrogels Enabled by MXene Nanosheets", 《ANGEW. CHEM. INT. ED.》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115433590A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-12-06 | 天津大学 | MXene纳米复合手性液晶光子晶体柔性膜及其制备方法和应用 |
| CN115433590B (zh) * | 2022-07-22 | 2024-02-27 | 天津大学 | MXene纳米复合手性液晶光子晶体柔性膜及其制备方法和应用 |
| CN116289170A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-23 | 江南大学 | 一种多重刺激响应的液晶弹性体/MXene复合纤维软体驱动器及其制备方法与应用 |
| CN116289170B (zh) * | 2023-01-16 | 2024-05-07 | 江南大学 | 一种多重刺激响应的液晶弹性体/MXene复合纤维软体驱动器及其制备方法与应用 |
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