厚3D打印液晶弹性体纳米复合材料的光热驱动
Nathaniel P Skillin1,2,3, Grant E Bauman1, Bruce E Kirkpatrick1,2,3
1Department of Chemical and Biological Engineering, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, 80303, USA.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|March 14, 2024
概括
我们用聚乙烯糖醇 (PEG) 设计了金纳米管 (AuNR),以提高它们在液晶弹性体 (LCE) 中的分散性. 这种增强的分散使得使用近红外光对3D打印的LCE-AuNR纳米复合材料进行高效,快速的光热启动.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物化学 聚合物化学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 液晶弹性体 (LCE) 是能够将能量转化为机械工作的刺激反应材料.
- 光热剂,如金纳米棒 (AuNRs),可以在LCE复合材料中实现无线光感应变形控制.
- 通过扩大纵向表面等离子体共振 (LSPR),AuNR聚合降低了它们的光热效率.
研究的目的:
- 为了改善LCE矩阵内的AuNR分散,以增强光热启动.
- 在LCE纳米复合材料中设计AuNR表面化学,以获得卓越的兼容性和稳定性.
- 为了研究3D打印的LCE-AuNR纳米复合材料的光热反应,并优化纳米包含.
主要方法:
- 采用两步联体交换过程,将AuNRs与单功能聚乙烯糖醇 (PEG) 醇功能化.
- 使用3D打印制造的LCE-AuNR纳米复合材料具有精确控制的,低度的PEG-AuNR (0.01 wt%).
- 在近红外 (NIR) 光辐射 (808 nm) 下评估了光热启动性能.
主要成果:
- PEG-AuNR表面修改显著改善了LCE矩阵内的AuNR分散,防止了聚合.
- 在NIR照射下,LCE-AuNR纳米复合材料表现出高效和快速的光热启动 (>60%应变s-1).
- 优良的散射允许光传输,使多个样本和毫米厚的3D打印结构能够在不影响速度的情况下被激活.
结论:
- 在LCE中分散的PEG-AuNR最大限度地提高了光热效率,并使快速的,光感应的启动成为可能.
- 3D打印的LCE-AuNR纳米复合材料展示了需要精确机械控制的先进应用的潜力.
- 这种方法为开发使用光敏材料的功能软机器人和医疗设备提供了一条途径.
