论文部分内容阅读
本论文基于柔性聚合物光机械致动器的致动原理及其最新研究进展,通过设计优化制备出对近红外激光(NIR)有可逆机械驱动行为的纳米晶基弹性体复合材料,并对其结构及光响应行为进行了深入研究。包括以下三个方面的工作:(1)利用传统种子生长法制备出长径比均一(5.5)的金纳米棒。选择对苯二酚替代常用的抗坏血酸作为生长液中三价金离子的弱还原剂,在增加了生长液的稳定程度的同时,提高金纳米棒的产率。为降低因包覆表面活性剂CTAB而产生的生物毒性,对初步制备的金纳米棒产物进行小分子巯基修饰,离心去除CTAB,有效改善其与大分子聚合物的相容性。利用液体硅橡胶在高温下迅速交联固化的特性通过溶液纺丝法成功制备出金纳米填料均匀分散于基体中的金纳米棒/聚二甲基硅氧烷(AuNRs/PDMS)复合纤维,纤维高度透明且极具韧性。表征发现,此复合纤维对波长为808 nm的近红外激光存在快速且可逆的机械响应性。对纤维施加拉伸预应变诱导填料在基体中产生不同程度的取向,在激光辐照下,预应变小于10%时纤维表现出可逆伸长行为,纤维对激光的输出力随预应变程度的增大而减小;而在预应变大于10%时,纤维迅速收缩,输出力随预应变的增大而增大。停止光照,纤维则立即回复至初始状态。同时发现,纤维对光的响应速率随拉伸预应变和金纳米棒含量的增加而加快,最大响应速率可达4.405 KPa s-1,响应饱和时间却随之呈现缩短趋势,最快14.4 s内达到饱和。除此之外,样品直径对此复合纤维的光致机械响应行为有明显影响。直径小于0.5 mm时,输出力随直径的减小而增大;直径大于0.5 mm时,输出力随直径的增大而增大。(2)以氧化石墨烯(GO)为弹性基体填料,利用氧化石墨烯的高温还原特性,利用溶液纺丝法在相同实验条件的不同还原温度下分别制备出GO还原程度不同的还原氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷(RGO/PDMS)弹性纳米复合纤维。表征发现,即使还原程度不同,RGO/PDMS复合纤维对近红外激光有着与AuNRs/PDMS复合纤维类似的可逆光响应行为及拉伸预应变依赖性。预应变程度越高,纤维对光的输出力越大,响应饱和时间越短,响应速率越高,12.2 s内即可达到最大致动应力80 KPa;同时,氧化石墨烯还原程度越高,即复合体系中石墨烯的含量越高,纤维对光的输出力也越大。(3)以二硫化钼(MoS2)及硒化铋(Bi2Se3)为弹性基体填料,在与(1)相同条件下分别制备出MoS2/PDMS、Bi2Se3/PDMS弹性纳米复合纤维,探讨不同填料/聚二甲基硅氧烷弹性基体复合纤维的制备可能性及对光致动性的影响。表征发现,以PDMS为基体的复合弹性体纤维有着光响应普遍性,它们都对近红外激光有着与AuNRs/PDMS复合纤维相似的可逆响应行为及拉伸预应变依赖性。其中,在控制填料含量均为0.5 wt%时,AuNRs/PDMS复合纤维的光致响应输出力最大,响应速率也最快;Bi2Se3/PDMS复合纤维呈灰色透明状,光致响应输出力最小。