氧化石墨烯/液晶彈性體復(fù)合膜的性能研究

郭瑞彩， 林 勇， 高文慧， 孫玉寶

（河北工業(yè)大學(xué) 應(yīng)用物理系， 天津 300401）

1 引 言

液 晶 彈 性 體（Liquid Crystal Elastomers，LCEs）由液晶高分子適度交聯(lián)得到，兼具有聚合物的彈性和液晶的各向異性［1-4］，當(dāng)受到外場(chǎng)條件刺激時(shí)，液晶彈性體的相態(tài)或分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而通過(guò)改變介晶基元的排列而產(chǎn)生宏觀形狀的變化［5］，當(dāng)刺激被移除時(shí)，又會(huì)恢復(fù)到之前的狀態(tài)。由于液晶彈性體具有這種可逆的形狀變化，受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，短短二三十年間，各種熱刺激、光刺激、電刺激、濕度刺激、化學(xué)刺激［6-9］的液晶彈性體相繼被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。在各類外部刺激中，光具有瞬時(shí)性、精度高、可控性強(qiáng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于LCEs的刺激響應(yīng)研究工作中［10-15］。將光熱轉(zhuǎn)換材料與液晶彈性體相結(jié)合，在紅外光下，光熱轉(zhuǎn)化材料將紅外光轉(zhuǎn)化成熱能，使液晶彈性體體系整體溫度升高，實(shí)現(xiàn)液晶相到各向同性相的轉(zhuǎn)變，從而使液晶彈性體發(fā)生可逆形變，具有更多的選擇性和調(diào)控性［16-18］，因此受到廣泛關(guān)注。

在各種光熱轉(zhuǎn)換材料中，氧化石墨烯（GO）作為石墨烯的氧化物，其電子具有顯著的等離子共振效應(yīng)，同時(shí)具有較高的性能穩(wěn)定性，在長(zhǎng)時(shí)間激光照射下不會(huì)發(fā)生衰減［19-21］，保證了其在激光長(zhǎng)時(shí)間輻射后依然具有穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換性能。此外，氧化石墨烯作為紅外惰性材料，可以大幅減少紅外熱輻射損失［22-24］，基于這些優(yōu)點(diǎn)，氧化石墨烯/液晶彈性體復(fù)合膜成為目前液晶彈性體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Cao等通過(guò)向GO薄膜中引入溫敏聚合物PNIPAM，利用其高溫收縮低溫膨脹的特性和GO的紅外響應(yīng)特性，制備了一種近紅外驅(qū)動(dòng)器［25］。Wang等通過(guò)將GO層與碳納米管/聚二甲基硅氧烷相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出一種雙層復(fù)合膜，可以對(duì)光、熱及濕度的刺激做出響應(yīng)，產(chǎn)生可逆的形狀變化［26］。Yu等將氧化石墨烯與液晶體系相結(jié)合，通過(guò)將氧化石墨烯、液晶5CB以及聚乙烯醇的水溶液相混合，采用溶液澆鑄和機(jī)械拉伸的方法得到了PDLC/GO復(fù)合膜，在光刺激下，納米復(fù)合薄膜表現(xiàn)出光力學(xué)響應(yīng)，沿拉伸方向向光源彎曲［27］。

目前關(guān)于氧化石墨烯與液晶彈性體體系相結(jié)合的報(bào)道大多重點(diǎn)關(guān)注復(fù)合膜的光熱響應(yīng)行為及使用場(chǎng)景，并未系統(tǒng)地研究外界刺激的強(qiáng)弱和復(fù)合膜自身的尺寸大小對(duì)其響應(yīng)性能的影響。氧化石墨烯/液晶彈性體復(fù)合膜作為一種復(fù)合膜，當(dāng)受到外界刺激時(shí)，刺激產(chǎn)生的應(yīng)力與復(fù)合膜的重力雙重作用下產(chǎn)生復(fù)合膜的形變。研究外界刺激強(qiáng)弱及復(fù)合膜自身尺寸的大小對(duì)其響應(yīng)性能的影響具有重要的科學(xué)意義。

本文通過(guò)在具有固定取向的液晶薄膜上涂覆一層氧化石墨烯，制備了不同取向和不同尺寸的氧化石墨烯/液晶彈性體復(fù)合膜，并利用不同的外界刺激對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行了響應(yīng)性能的測(cè)試，總結(jié)了外界刺激強(qiáng)度和復(fù)合膜尺寸對(duì)其響應(yīng)性能的影響，并以此為基礎(chǔ)，制備了仿生光熱驅(qū)動(dòng)器，證明了其在生物仿生領(lǐng)域的巨大潛力。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 材料

實(shí)驗(yàn)中用到的LC單體分別為HCM009（Cr-86 ℃-N-110 ℃-I）和 HCM021（Cr-63 ℃- N-65 ℃-I），質(zhì)量百分比為26%∶73%。購(gòu)自江蘇和成顯示有限公司。光引發(fā)劑（Irgacure651）用量為1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），使用過(guò)程注意避光。氧化石墨烯溶液濃度為2 mg/mL，購(gòu)自蘇州碳豐石墨烯科技有限公司，所有材料無(wú)需進(jìn)一步凈化均可直接使用。

2.2 GO-LCEs復(fù)合膜的制備

將HCM009和HCM021以及光引發(fā)劑（Irgacure651）按26%∶73%∶1%的質(zhì)量百分比在遮光環(huán)境中進(jìn)行配比，在遮光條件下放在85-2W型磁力攪拌機(jī)上進(jìn)行混合攪拌。液晶單體、光引發(fā)劑以及氧化石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示。采用絨布摩擦玻璃的方式獲得取向，將制備好的混合溶液灌注到具有平行取向的液晶盒中，用PVA薄膜控制薄膜厚度（約為100 μm），在70 ℃下進(jìn)行10 min左右的紫外光固化，打開(kāi)玻璃基板，得到固化好的LCEs薄膜，如圖1（b）所示。在LCEs薄膜表面上，以200 rad/s的速度均勻涂覆濃度為2 mg/mL的氧化石墨烯水溶液，并送入60 ℃的立式電熱恒溫箱溫度中，進(jìn)行3 h以上的烘干，獲得氧化石墨烯/液晶彈性體（GO-LCEs）復(fù)合膜，如圖1（c）所示，其中，氧化石墨烯層的厚度約為20 μm，復(fù)合膜的總厚度約為120 μm。

圖1 （a）本文用到的單體及氧化石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)；（b）制得的LCEs薄膜；（c）烘干后得到的GO-LCEs復(fù)合膜。Fig.1 （a） Chemical structures of the monomers and GO used in this study； （b） Prepared LCEs films； （c） GO-LCEs composite after drying.

3 結(jié)果和討論

3.1 復(fù)合膜各向異性形變機(jī)理的研究

由于玻璃盒具有平行取向，LCE膜中的液晶分子均勻排列在高分子鏈骨架上，處于各向異性的狀態(tài)，當(dāng)溫度升高時(shí)，液晶狀態(tài)從各向異性逐漸變?yōu)楦飨蛲裕藭r(shí)LCE薄膜沿分子長(zhǎng)軸收縮，沿分子短軸膨脹，如圖2（a）所示。將液晶分子的長(zhǎng)軸方向取為X軸，短軸方向取為Y軸，當(dāng)溫度升高時(shí)，LCEs薄膜會(huì)發(fā)生沿X軸方向的收縮和沿Y軸方向的膨脹，GO層由于脫水導(dǎo)致層間間距減小，發(fā)生一定程度的各向同性收縮，如圖2（b）～（c）所示。復(fù)合膜形變的特性即為，當(dāng)溫度升高或處于紅外光下時(shí)，LCEs的形變力和GO形變力在X軸方向疊加，在Y軸方向抵消。因此相較于單純的LCEs薄膜，本工作得到的復(fù)合膜不僅賦予了LCEs薄膜紅外響應(yīng)的特性，還可以產(chǎn)生一系列規(guī)律的、快速可重復(fù)的復(fù)雜形變。

沿取向方向剪裁得到的長(zhǎng)條狀GO-LCEs復(fù)合膜，其液晶分子平行于長(zhǎng)條的長(zhǎng)邊，將其視為1型復(fù)合膜。如圖2（d）所示，室溫下，1型復(fù)合膜會(huì)在Y軸方向向下彎曲，當(dāng)溫度升高或被紅外光照射時(shí)，又會(huì)在X軸方向向上彎曲。沿垂直于液晶取向方向剪裁得到的長(zhǎng)條狀GO-LCEs復(fù)合膜，其液晶分子垂直于長(zhǎng)條的長(zhǎng)邊，將其視為2型復(fù)合膜。在室溫下，2型復(fù)合膜會(huì)沿Y軸向下彎曲，當(dāng)溫度升高或被紅外光照射時(shí)，會(huì)沿X軸向上彎曲，如圖2（e）所示。

圖2 LCE薄膜（a）、沿不同方向剪裁得到的LCEs薄膜（b）和GO薄膜（c）的熱致可逆宏觀變化的示意圖；在外場(chǎng)刺激下和去除刺激后的（d）1型復(fù)合膜和（e）2型復(fù)合膜的形變示意圖。Fig.2 Schematic diagram of thermotropic reversible macroscopic change of （a） LCEs membrane， （b） LCEs films by cutting along different directions and （c） GO membrane； Deformation of LCEs and GO layer with stimulation and remove stimuli of （d） type 1 and （e） type 2 composite membrane.

兩類復(fù)合膜在常溫下都是Y軸向下彎曲，高溫或紅外光照射下為X軸向上彎曲，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因?yàn)椋涸贚CE膜表面均勻涂覆的GO溶液在立式恒溫箱中加熱烘干時(shí)，由于水分子的蒸發(fā)，層間氫鍵斷裂，發(fā)生了各向同性收縮［28］。由于是液相蒸發(fā)形成的GO薄膜，所以與液晶彈性體構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)（烘箱中）。當(dāng)降到室溫時(shí)，液晶彈性體中的液晶取向有序度升高，從而在液晶指向矢方向（X軸方向）長(zhǎng)度變大，在垂直于指向矢方向（Y軸和Z軸方向）長(zhǎng)度變小。同時(shí)，GO層吸收水分子，發(fā)生各向同性的膨脹，在X和Y軸方向長(zhǎng)度都增大。比較液晶彈性體和GO層的形變，從而得到：在Y軸相反形變的液晶彈性體和GO層比在具有相同變化的X軸方向更容易形變。在升溫或紅外光照射過(guò)程中，溫度或紅外光強(qiáng)度足夠高時(shí)，Y軸的向下形變逐漸消失，而在X軸顯現(xiàn)出向上的形變，這是由GO層在X軸方向的收縮率大于液晶彈性體在X軸方向的收縮率導(dǎo)致的結(jié)果。

3.2 復(fù)合膜響應(yīng)性能的數(shù)據(jù)表征

根據(jù)復(fù)合膜在常溫、熱臺(tái)加熱和紅外加熱下的彎曲行為，對(duì)其進(jìn)行彎曲角度（Bend Angle）的定義，以LCEs薄膜在下、GO膜在上的情況，當(dāng)邊緣向下彎曲時(shí)，彎曲角度取負(fù)值；邊緣向上彎曲時(shí)，彎曲角度取正值。響應(yīng)時(shí)間（Response Time）表示為施加外場(chǎng)刺激后，復(fù)合膜開(kāi)始彎曲到彎曲角度不再變化的時(shí)間。恢復(fù)時(shí)間（Recovery Time）表示為撤掉外場(chǎng)刺激后，復(fù)合膜從彎曲狀態(tài)變回初始狀態(tài)的時(shí)間。施加不同強(qiáng)度的外場(chǎng)刺激時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了復(fù)合膜的響應(yīng)性能以及復(fù)合膜尺寸對(duì)復(fù)合膜響應(yīng)性能產(chǎn)生的影響。

3.2.1 外部刺激對(duì)復(fù)合膜響應(yīng)性能的影響

選擇長(zhǎng)為3.0 cm、寬為1.1 cm的1型復(fù)合膜和長(zhǎng)為2.5 cm、寬為1.3 cm的2型復(fù)合膜，測(cè)量了樣品在不同溫度的熱臺(tái)上和不同光強(qiáng)度的紅外燈下時(shí)的彎曲角度、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間，測(cè)量結(jié)果如圖3所示。通過(guò)測(cè)量薄膜的彎曲角度，表征了復(fù)合膜光熱致彎曲形變的特性，隨著溫度升高和紅外光強(qiáng)度增大，兩種類型復(fù)合膜的彎曲角度都隨著增大。隨著外界刺激的增強(qiáng)，1型復(fù)合膜的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間變化規(guī)律性不強(qiáng)；2型復(fù)合膜的響應(yīng)時(shí)間隨著外場(chǎng)作用強(qiáng)度的增加而減小，恢復(fù)時(shí)間隨著外場(chǎng)作用強(qiáng)度的增加而增大。

圖3 （a）熱臺(tái)溫度和（b）紅外光強(qiáng)度對(duì)1型復(fù)合膜響應(yīng)性能的影響；（c）熱臺(tái)溫度和（d）紅外光強(qiáng)度對(duì)2型復(fù)合膜響應(yīng)性能的影響。Fig.3 Influence of （a） temperature and （b） infrared light intensity on the response performance of type 1 composite film；Influence of （c） temperature and （d） infrared light intensity on the response performance of type 2 composite film.

在不同強(qiáng)度的紅外光加熱情況下，復(fù)合膜的彎曲角度與溫度誘導(dǎo)產(chǎn)生的彎曲角度相似，紅外光刺激下的響應(yīng)時(shí)間比溫度刺激下的響應(yīng)時(shí)間更小，這應(yīng)該是復(fù)合膜彎曲后，熱臺(tái)加熱效果不如紅外光加熱更均勻。在不同的光強(qiáng)或溫度下，同一方向的不同復(fù)合薄膜可以達(dá)到相似的彎曲角度和相似的響應(yīng)時(shí)間，所以該復(fù)合薄膜具有優(yōu)越的熱和NIR光響應(yīng)的穩(wěn)定性。

3.2.2 復(fù)合膜尺寸對(duì)復(fù)合膜響應(yīng)性能的影響

考慮復(fù)合膜面積會(huì)影響復(fù)合膜的響應(yīng)性能，制備了具有相同長(zhǎng)寬比不同面積的1型復(fù)合膜，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 長(zhǎng)寬比為2的1型復(fù)合膜數(shù)據(jù)Tab.1 Data of type 1 composites with length-width ratio 2

如圖4（a）～（c）所示，外部刺激固定為 60 ℃熱臺(tái)或143.5 mW的紅外燈光，可以看到，隨著面積逐漸增大，一定范圍內(nèi)會(huì)導(dǎo)致復(fù)合膜彎曲角度增大，其變化接近線性關(guān)系。當(dāng)面積超過(guò)4.5 cm2后，彎曲角度開(kāi)始減小，這是由于復(fù)合膜面積大于一定數(shù)值以后，復(fù)合膜自身的重力對(duì)在外界刺激下復(fù)合膜產(chǎn)生的彎曲力產(chǎn)生明顯的影響，抑制了復(fù)合膜扭曲角的增大。此外，可以看到復(fù)合膜在紅外光下的響應(yīng)性能要優(yōu)于熱臺(tái)上，這是因?yàn)閺?fù)合膜在熱臺(tái)上產(chǎn)生彎曲后，部分薄膜暴露在空氣中，熱量傳遞小于氧化石墨烯通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換傳遞的熱量，使得紅外光下的復(fù)合膜彎曲角度更大，響應(yīng)更快。在紅外光下復(fù)合膜在外部刺激下的彎曲實(shí)物圖如圖4（d）所示。

圖4 面積對(duì)1型復(fù)合膜的（a）彎曲角度、（b）響應(yīng)時(shí)間和（c）恢復(fù)時(shí)間的影響；（d）不同面積的復(fù)合膜的彎曲實(shí)物圖。Fig.4 Influences of external stimuli on （a） bending angle，（b） response time and （c） recovery time of type 1 composites； （d） Photos of the bending composites with different areas under different external stimuli.

此外，面積對(duì)響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間帶來(lái)的影響規(guī)律不明顯。GO-LCEs復(fù)合膜的面積變化帶來(lái)的長(zhǎng)寬變化會(huì)對(duì)其響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間造成不同的影響，從而使GO-LCEs復(fù)合膜響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間與面積之間無(wú)法觀測(cè)到明顯的規(guī)律。由于長(zhǎng)寬變化都有可能影響到GO-LCEs復(fù)合膜的性能，為了研究長(zhǎng)寬單獨(dú)變化對(duì)復(fù)合膜響應(yīng)性能的影響，選擇了相同長(zhǎng)度下不同寬度（長(zhǎng)度為3.0 cm，寬度分別為 1.1，1.2，1.3，1.4，1.5 cm）和相同寬度下不同長(zhǎng)度（寬度為1.5 cm，長(zhǎng)度分別為 2.2，2.4，2.6，2.8，3.0 cm）的兩類復(fù)合膜進(jìn)行研究。

圖5展示了具有相同長(zhǎng)度、不同寬度的兩類復(fù)合膜在相同刺激條件下的形變實(shí)物圖。如圖6（a）～（c）所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)保持一定長(zhǎng)度不變時(shí)，隨著寬度的增加，1型復(fù)合膜的彎曲角度基本保持線性增加的狀態(tài)，兩種刺激下，線性增加的斜率不同，紅外光下的彎曲角度更大；1型復(fù)合膜的恢復(fù)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間隨寬度增大都呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。而寬度的增加對(duì)2型復(fù)合膜的響應(yīng)性能基本沒(méi)有影響，除個(gè)別樣品外，彎曲角度、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都保持在一定范圍內(nèi)小幅度變化，如圖6（d）～（f）所示。

圖5 長(zhǎng)度相同，寬度不同的（a） 1型復(fù)合膜和（b） 2型復(fù)合膜在60 ℃熱臺(tái)上和在紅外光下的彎曲實(shí)物圖。Fig.5 Photos of （a） type 1 composite film and （b） type 2 composite film with the same length and different widths on 60 ℃ hot table and under infrared light.

圖6 在相同的外部刺激下，寬度對(duì)1型復(fù)合膜的（a）彎曲角度、（b）響應(yīng)時(shí)間和（c）恢復(fù)時(shí)間的影響；寬度對(duì)2型復(fù)合膜的（d）彎曲角度、（e）響應(yīng)時(shí)間和（f）恢復(fù)時(shí)間的影響。Fig.6 Influence of width on（a） bending angle， （b） response time and（c） recovery time of type 1 composite membrane under the same external stimulus； Influence of width on （d） bending angle， （e） response time and （f） recovery time of type 2 composite membrane.

圖7展示了具有不同寬度、相同長(zhǎng)度的兩類復(fù)合膜在相同刺激條件下的形變實(shí)物圖。如圖8（a）～（c）所示，當(dāng)保持一定寬度不變時(shí)，長(zhǎng)度的增加對(duì)1型復(fù)合膜的響應(yīng)性能幾乎沒(méi)有什么影響。除個(gè)別數(shù)據(jù)外，1型復(fù)合膜的彎曲角度、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都保持在一定范圍內(nèi)小幅度變化。而隨著長(zhǎng)度的增加，2型復(fù)合膜的彎曲角度基本保持線性增加的狀態(tài)，兩種刺激下，線性增加的斜率不同，在熱臺(tái)上的彎曲角度隨長(zhǎng)度變化的斜率要更大，考慮2型復(fù)合膜在熱臺(tái)上的彎曲角度偏小，可以認(rèn)為熱臺(tái)上的復(fù)合膜熱量傳遞高于紅外光下的熱量傳遞，2型復(fù)合膜的響應(yīng)時(shí)間隨長(zhǎng)度增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而恢復(fù)時(shí)間隨長(zhǎng)度增加呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，如圖8（d）～（f）所示。此外，綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合膜在紅外光下的響應(yīng)時(shí)間要大于熱臺(tái)上的響應(yīng)時(shí)間。這是因?yàn)樵诩t外燈照射下，能量轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的弛豫時(shí)間以及能量轉(zhuǎn)化所帶來(lái)的損耗導(dǎo)致紅外光照射下GO-LCEs復(fù)合膜的響應(yīng)時(shí)間要大于熱臺(tái)上復(fù)合膜的響應(yīng)時(shí)間。

圖7 寬度相同，長(zhǎng)度不同的（a）1型復(fù)合膜和（b）2型復(fù)合膜在60 ℃熱臺(tái)上和在紅外光下的彎曲實(shí)物圖。Fig.7 Physical view of （a） type 1 composite film and（b） type 2 composite film with the same width and different lengths on 60 ℃ hot table and under infrared light.

圖8 在相同的外部刺激下，長(zhǎng)度對(duì)1型復(fù)合膜的（a）彎曲角度、（b）響應(yīng)時(shí)間和（c）恢復(fù)時(shí)間的影響；寬度對(duì)2型復(fù)合膜的（d）彎曲角度、（e）響應(yīng)時(shí)間和（f）恢復(fù)時(shí)間的影響。Fig.8 Influence of length on（a） bending angle， （b） response time and （c） recovery time of type 1 composite membrane under the same external stimulus； Influence of length on （d） bending angle，（e） response time and （f） recovery time of type 2 composite membrane.

3.3 復(fù)合膜仿生光熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器

復(fù)合膜具有優(yōu)異的光熱驅(qū)動(dòng)性能，可以用來(lái)制備不同的仿生裝置或軟體機(jī)器人，通過(guò)改變液晶分子取向方向，可以對(duì)復(fù)合膜實(shí)現(xiàn)圖案化制作。這些設(shè)計(jì)圖案可以通過(guò)光刺激實(shí)現(xiàn)不同的仿生行為，例如模擬樹(shù)葉的卷曲或蝴蝶飛動(dòng)時(shí)翅膀的振動(dòng)，圖9顯示了可以紅外光響應(yīng)的復(fù)合膜仿生驅(qū)動(dòng)器。

圖9 （a）樹(shù)葉驅(qū)動(dòng)器；（b）樹(shù)葉驅(qū)動(dòng)器在紅外燈照射下的彎曲形變；（c）蝴蝶驅(qū)動(dòng)器和（d）在紅外光照射下實(shí)現(xiàn)翅膀卷起的動(dòng)作，箭頭方向代表了液晶的取向方向。Fig.9 （a） Leaf actuator； （b） Bending under infrared light； （c） Butterfly actuator and （d） wings curling under infrared light.The arrow represents the liquid crystal orientation.

利用平行排列的GO-LCE復(fù)合膜形變機(jī)理模擬了自然界中樹(shù)葉的卷曲，如圖9（a）～（b）所示。在紅外線照射下，由于LCE膜的熱致形變力及GO層脫水產(chǎn)生的各向收縮力，復(fù)合膜表現(xiàn)出彎曲行為，并且在外場(chǎng)刺激消失后，幾秒內(nèi)又會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，具有優(yōu)異的可重復(fù)性。如圖9（c）、圖9（d）所示的蝴蝶狀復(fù)合膜，采用了垂直排列的GO-LCEs復(fù)合膜的形變機(jī)理，復(fù)合膜可以做出翅膀扇動(dòng)的動(dòng)作來(lái)響應(yīng)紅外光，且具有良好的可重復(fù)性。

4 結(jié) 論

基于液晶彈性體和氧化石墨烯制作了一種雙層復(fù)合膜，可以對(duì)紅外光和熱響應(yīng)產(chǎn)生快速和顯著的形變，并且在刺激消失后恢復(fù)到最初的狀態(tài)。以此為基礎(chǔ)，研究了不同外場(chǎng)刺激和復(fù)合膜自身尺寸對(duì)復(fù)合膜響應(yīng)特性產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，外界刺激的強(qiáng)度以及其自身尺寸對(duì)制備的氧化石墨烯/液晶彈性體復(fù)合膜的響應(yīng)性能有著明顯的影響。當(dāng)外界刺激強(qiáng)度增大時(shí)，兩類復(fù)合膜的彎曲角度都會(huì)增大，1型復(fù)合膜響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間變化不明顯，而2型復(fù)合膜的響應(yīng)時(shí)間減小，恢復(fù)時(shí)間增大。復(fù)合膜的寬度會(huì)影響1類復(fù)合膜的響應(yīng)性能，1類復(fù)合膜的彎曲角度與寬度之間存在線性增加的關(guān)系，且響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間也呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。復(fù)合膜的長(zhǎng)度主要影響2類復(fù)合膜的響應(yīng)性能，2類復(fù)合膜的彎曲角度與長(zhǎng)度之間存在線性增加的關(guān)系，響應(yīng)時(shí)間隨長(zhǎng)度增加逐漸增加，而恢復(fù)時(shí)間逐漸減小。基于復(fù)合膜的形變機(jī)理，對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行了圖案化制作，得到了樹(shù)葉驅(qū)動(dòng)器和蝴蝶驅(qū)動(dòng)器，在紅外光或熱的刺激和無(wú)刺激情況下，模擬了樹(shù)葉的卷曲和展開(kāi)形變以及蝴蝶翅膀扇動(dòng)的動(dòng)作。氧化石墨烯/液晶彈性體材料具有良好的紅外響應(yīng)特性和可逆變化及重復(fù)性，在軟體機(jī)器人、仿生設(shè)備領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。