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(jìn)行適度交聯(lián)而成,兼具液晶分子的電光學(xué)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(dāng)變形時(shí)還能恢復(fù)到原先的形狀�；谶@個(gè)原因,LCEs有時(shí)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(duì)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(yīng)用價(jià)值,近年來(lái)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(duì)LCEs構(gòu)建了唯象理論模型,對(duì)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(duì)向列相LCEs的進(jìn)行簡(jiǎn)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?cè)敿?xì)推導(dǎo)了向列相LCEs的唯象理論模型并與新經(jīng)典理論進(jìn)行了對(duì)比;在第四章中,我們介紹了LECs的各種潛在應(yīng)用;第五章中,我們給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)。第1.1節(jié)中:我們首先在第一章中對(duì)LCEs給出了簡(jiǎn)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(dá)式和向列相液晶的彈性能;我們也對(duì)聚合物和LCEs的構(gòu)象和能量進(jìn)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(jiǎn)單介紹了下新經(jīng)典理論;第2.3節(jié)中簡(jiǎn)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(huì)用一個(gè)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(duì)彈性理論做了一個(gè)簡(jiǎn)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(yīng)變和彈性自由能。在第3.3節(jié)中,我們將對(duì)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(gè)同時(shí)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(duì)新經(jīng)典理論與唯象理論進(jìn)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(shí)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(chǎng)響應(yīng)性和形變可恢復(fù)性。在外界刺激,例如電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、可見光和紫外線等的刺激下,LCEs通過(guò)改變液晶基元的排列可以產(chǎn)生可觀的可恢復(fù)形變,例如:彎曲、收縮、扭曲和卷曲等。我們對(duì)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(shí)間尺度內(nèi)就能高達(dá)400到500%的收縮率�；谝陨线@些良好的特性,LCEs材料可被制備成薄膜、纖維、刺激響應(yīng)表面、自由懸浮的微米和納米顆粒等,LCEs還可以被制成制動(dòng)器、傳感器、人工肌肉、形狀記憶材料、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料、可調(diào)激光和可切換反射鏡等。我們?cè)诘诎苏轮袑?duì)這些應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。文章的最后,我們對(duì)LCEs進(jìn)行了簡(jiǎn)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(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O753.2
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-8
• 第一章 液晶彈性體簡(jiǎn)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(yīng)變張量和向量階張量的液晶彈性理論推導(dǎo)26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 應(yīng)變和彈性自由能26-27
• 3.3 含有應(yīng)變的理論27-32
• 3.4 含有應(yīng)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(yīng)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(xiàn)52-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72-74
• 致謝74

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本文編號(hào)：884449