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通过远离阳光的茎另一侧细胞的伸长来实现。水凝胶 [2] 和液晶弹性体 [3,4] 中也可以发现类似的响应光的可逆伸长和收缩机制,尽管使用水凝胶的系统通常具有非常长的响应时间,并且仅限于在水环境中发挥作用。30 多年来,液晶弹性体 (LCE) 一直处于研究和开发的前沿,部分原因是它们具有卓越的驱动特性 [5–7],也是因为它们独特的“软弹性”(产生机械应变时没有或只有非常低的弹性阻力)。[8] LCE 的线性驱动可以达到最大 500% 的应变 [9,10] 并且是完全可逆的:取向 LCE 样品的平衡长度直接反映内部向列有序的程度。从根本上讲,任何影响聚合物中向列相序的刺激都可引发 LCE 驱动,尽管热诱导相变是最自然的现象,但当加入光吸收剂 [3,4,11] 或磁性纳米粒子时,光和磁场等其他刺激也可引发顺序变化。[12] 这些特性使 LCE 成为从软机器人 [13] 到传感器 [14] 和智能纺织品 [15] 等实际应用中的有竞争力的材料。
单畴(永久取向的“单晶”)液晶驱动通常是获得人造软材料类似肌肉驱动的关键方案。[1–3] 然而,由于聚合物弹性体的各向同性,这种物理上偏置的分子结构的需求给经典的合成聚合物弹性体带来了技术挑战。1991 年,Finkelmann 等人 [8] 引入了一种两阶段氢化硅烷化方法,并报道了第一个成功的具有独立驱动功能的“向列液晶单晶弹性体”。在这种方法中,其本质一直是随后二十年制造单畴液晶驱动的首选方案,对轻度交联的凝胶施加单轴机械延伸,以建立内部单轴取向场,然后进行进一步(第二阶段)固化以永久固定该取向。然而,这种方法在实践中非常困难,因为半固化凝胶本身具有机械脆弱性,需要充分拉伸才能实现取向。这降低了液晶元件在不断扩展的变形和驱动应用中的可用性。为了实现更复杂的液晶取向模式并规避分阶段固化问题,人们开发了其他基于外部场的技术,特别是表面取向 [9–12] 和动态键交换。[13–20] 基板的多样化像素定义表面使驱动模式的扩展成为可能,而不仅仅是简单的收缩-伸展。尽管进行了功能化,但材料的规模仍然受到特定基板的限制,并且表面穿透液晶元件本体的深度有限,使得该方法在技术上不足以进行大规模制造。因此,对于通用且灵活的液晶元件制造,机械拉伸仍然是生产多功能功能形式的单畴液晶元件的最简单策略。例如,鉴于聚合物纤维加工方法的成熟,这在编织纤维中尤为突出。人们希望有除氢化硅烷化之外的新化学方法,以便进行稳健的反应和方便的机械排列方式。近年来,二丙烯酸酯反应性液晶原(如 RM257 和 RM82)的商业化供应已成为 LCE 领域的强大推动力,考虑到涉及二丙烯酸酯的一系列良性反应,它提供了一种令人满意的替代方案。特别是,
蓝相(BPS)是手性液晶,具有拓扑缺陷的常规晶格。通过分子自组装,BPS独特的软性对称性提供了许多与常规液晶不同的优秀特性。,已经开发出化学图案的表面,以将BP的自组装引导为具有所需晶格方向的完美单晶,从而进一步受益于光子学和智能电子光学设备的设计。然而,BP的相关长度(定义为保持相同BP时间端方向的距离,这是一个必不可少的设计参数)迄今仍未透露。在这里,纳米级化学模式设计的替代平面和同型锚固条纹的设计允许系统地研究沿不同动力学途径的图案化区域以外的BP的生长,以及相关长度的时间演化。对相关长度的新理解可用于指导BPS宏观的单晶的合理设计,该设计依赖于减少的图案表面,这为基于BPLC的新功能和开发提供了令人兴奋的材料,以将基于BPLC的功能和开发用于高级光学设备或软材料设计或软材料设计。
完整作者列表: Martinez, Alina;科罗拉多大学博尔德分校,材料科学与工程项目 Cox, Lewis;蒙大拿州立大学博兹曼分校,机械与工业工程 Killgore, Jason;美国国家标准与技术研究所 Bongiardina, Nicholas;科罗拉多大学博尔德分校工程与应用科学学院,材料科学与工程 Riley, Russell;科罗拉多大学博尔德分校工程与应用科学学院,化学与生物工程 Bowman, Christopher;科罗拉多大学,化学与生物工程系
所研究的 LCLC 是色甘酸二钠 (DSCG) 的水溶液,这种材料的商品名为“色甘酸”或“色甘酸钠”,是预防过敏和哮喘相关症状的药物中的活性成分。2 在水中,DSCG 分子面对面堆叠,使其疏水核心免受极性环境的影响。这种自组装产生细长的圆柱形聚集体,直径约 2 纳米,堆叠距离为 0.34 纳米,这使它们类似于双链 DNA (dsDNA)。然而,dsDNA 是手性的,而 DSCG 分子不是,并且没有沿聚集体轴的持续扭曲。这种分子尺度的差异在宏观层面上表现出色。在水溶液中,dsDNA 分子相对于彼此扭曲,形成所谓的胆甾型液晶,其宏观螺距在微米级。分子手性和宏观手性之间微妙的关系仍是当前研究的课题。3 相反,水中的非手性 DSCG 聚集体彼此平行排列,形成具有优选方向 n ̂ 的镜像对称向列液晶,该方向称为指向矢。手性分子的手性堆积随处可见,而非手性分子的手性堆积却很少见。非手性分子形成的液晶的宏观镜像对称性破缺需要特殊的空间限制。Charles-Victor Mauguin 在巴黎参加了 Pierre Curie 关于物理效应对称性的讲座后,萌生了探索晶体学和液晶的想法,并
聚合物驱动材料的各向异性一维收缩运动引起了从软机器人到仿生肌肉等领域日益增长的兴趣。尽管光驱动液晶聚合物(LCP)是实现远程和空间触发收缩(<20%)的有希望的候选者,但开发具有超大收缩率的 LCP 系统仍然存在许多挑战。这里提出了一种结合形状记忆效应和光化学相变的新策略,在一种新设计的线性液晶共聚物中实现了高达 81% 的光驱动收缩,其中偶氮苯和苯甲酸苯酯的共晶液晶原自组织成近晶 B 相。重要的是,这种高度有序的结构作为开关段牢牢锁住了应力诱导的应变能,该能通过可逆的反式 - 顺式光异构化迅速释放,从而破坏层状液晶相,从而导致这种超大收缩。纤维作为光驱动的构建块,可以实现精确的折纸,模仿“破损”蜘蛛网的恢复,并筛选不同尺寸的物体,为光驱动 LCPs 从仿生机器人到人类助手的高级应用奠定了新的基础。
激光器现在是一项普遍的技术,具有许多熟悉的应用程序,包括沟通,材料处理,3D扫描,印刷,医疗应用等等。激光辐射的产生需要热力学平衡的不平衡,以至于只有高度不寻常的天体物理量表现象才能在自然界中产生激光[1]。所有其他激光均经过设计和使用。使用的目的是驱动军事愿望检测激光的意图。激光器的军事应用包括范围查找,目标名称,激光耀眼和导弹控制[2]。军方感兴趣的大多数激光是脉冲激光器。时间分辨率和高瞬时亮度使它们非常适合在范围检测器和目标标记等应用中在许多公里的范围内运行。已经开发出激光华纳接收器(LWRS)来检测这些激光器所带来的威胁[3] [4],并允许辐射的平台启动由感知的威胁确定的适当的对策。在过去的几年中,连续波(CW)可见的激光二极管的优势产生了更广泛的危害 - 所谓的激光指针。手持式可见激光器具有几个瓦的功率,可容纳几百美元,波长不断扩展。这些激光被证明是一种威胁,当他们接近降落时,它们朝向飞机,并有1500多个报道称,去年英国和美国令人眼花azz乱的飞行员。CW激光器是激光检测世界中的特定挑战。常规LWR在检测这些激光器方面表现不佳,因为它们依赖于使用脉冲激光器观察到的亮度的快速时间变化。Wang [5]将激光检测分为三类 - 相干识别,散射识别和频谱识别。这些是基于观察到的类别而不是区分特征。Benton [6]采用了基于歧视技术 - 成像,光谱和连贯性的分类方法。前两个类别本质上都是