本文關(guān)鍵詞：液晶彈性體的唯象理論描述

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【摘要】：液晶彈性體(Liquid Crystalline Elastomers,LCEs)是一類新型的高分子材料,由液晶高分子進行適度交聯(lián)而成,兼具液晶分子的電光學性質(zhì)和橡膠的彈性性質(zhì)。它的彈性性質(zhì)表現(xiàn)為:它能夠保持自身的形狀,當變形時還能恢復到原先的形狀�；谶@個原因,LCEs有時也被稱為固態(tài)液晶材料。LCEs的液晶基元具有和在其沒有交聯(lián)的系統(tǒng)里所展示的一樣的序。根據(jù)液晶基元的排列方式,LCEs可以分為向列相、近晶相、膽甾相和其他的彈性體。本文中我們主要研究的對象是向列相LCEs。除了LCEs具有的性質(zhì),向列相LCEs還具有很多其他顯著的特性,其中最值得注意的是軟彈性和半軟彈性。軟彈性即指形變不消耗能量。由于LCEs優(yōu)越的性能和潛在的應用價值,近年來被廣泛的研究,但仍然有很多問題尚未解決。本文中,我們主要對LCEs構(gòu)建了唯象理論模型,對LCEs的半軟彈性性能給出了更加清晰的描述。文章主要分五章:在第一章中,我們對向列相LCEs的進行簡單的介紹;第二章中,我們介紹了LCEs的基本能量模型;在第三章中,我們詳細推導了向列相LCEs的唯象理論模型并與新經(jīng)典理論進行了對比;在第四章中,我們介紹了LECs的各種潛在應用;第五章中,我們給出了一個簡單的總結(jié)。第1.1節(jié)中:我們首先在第一章中對LCEs給出了簡單的描述;在第1.2節(jié)中,我們介紹了序參數(shù)和序張量的定義,以及基于序參數(shù)的向列相液晶能量表達式和向列相液晶的彈性能;我們也對聚合物和LCEs的構(gòu)象和能量進行了介紹;第2.1節(jié)中介紹了形變張量和經(jīng)典的橡膠彈性能量;第2.2節(jié)中我們簡單介紹了下新經(jīng)典理論;第2.3節(jié)中簡單介紹了軟彈性和半軟彈性。在文章的主體第三章中,我們將會用一個不同以往的新方法構(gòu)建了彈性體的唯象理論模型:我們將先對彈性理論做了一個簡單回顧,然后我們介紹了形變張量的概念和如何從形變張量出發(fā)得到普通的彈性介質(zhì)的彈性能。在第3.2節(jié)中,我們介紹了基本的應變和彈性自由能。在第3.3節(jié)中,我們將對彈性體構(gòu)建只與形變張量有關(guān)的唯象彈性能量模型;在第3.4節(jié)中,我們將構(gòu)建一個同時包含形變張量和向列序張量的唯象彈性能量理論模型;在第3.5節(jié)中,我們對新經(jīng)典理論與唯象理論進行了比較并研究了它們之間的關(guān)系。LCEs由液晶分子和聚合物網(wǎng)絡(luò)混合而成,同時具有液晶的各向異性和聚合物網(wǎng)絡(luò)的彈性,并且具有良好的外場響應性和形變可恢復性。在外界刺激,例如電磁場、溫度場、可見光和紫外線等的刺激下,LCEs通過改變液晶基元的排列可以產(chǎn)生可觀的可恢復形變,例如:彎曲、收縮、扭曲和卷曲等。我們對LCEs最感興趣的是其在形狀上的可逆性,而且LCEs在外形尺寸上的變化是非常大的,在毫秒時間尺度內(nèi)就能高達400到500%的收縮率。基于以上這些良好的特性,LCEs材料可被制備成薄膜、纖維、刺激響應表面、自由懸浮的微米和納米顆粒等,LCEs還可以被制成制動器、傳感器、人工肌肉、形狀記憶材料、數(shù)據(jù)存儲材料、可調(diào)激光和可切換反射鏡等。我們在第八章中對這些應用進行了詳細的介紹。文章的最后,我們對LCEs進行了簡單的總結(jié)。
【關(guān)鍵詞】：液晶彈性體 新經(jīng)典理論 唯象理論
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O753.2
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-8
• 第一章 液晶彈性體簡介8-18
• 1.1 引言8-9
• 1.2 液晶彈性體的理論基礎(chǔ)9-18
• 1.2.1 液晶9-12
• 1.2.2 液晶聚合物12-18
• 第二章 液晶彈性體的基本能量模型18-26
• 2.1 彈性理論模型18-20
• 2.1.1 形變張量18
• 2.1.2 經(jīng)典的橡膠彈性能量18-20
• 2.2 新經(jīng)典理論模型20-21
• 2.3 液晶彈性體特性21-26
• 2.3.1 軟彈性22-23
• 2.3.2 半軟彈性23-26
• 第三章 含有應變張量和向量階張量的液晶彈性理論推導26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 應變和彈性自由能26-27
• 3.3 含有應變的理論27-32
• 3.4 含有應變張量和向量階張量的液晶彈性理論32-37
• 3.5 新經(jīng)典理論和唯象理論之間的關(guān)系37-44
• 第四章 液晶彈性體的應用44-50
• 4.1 利用液晶彈性體制備薄膜、纖維等樣品44-47
• 4.2 LCEs裝置47-50
• 第五章 總結(jié)與展望50-52
• 參考文獻52-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文72-74
• 致謝74

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本文編號：884449