日本ehc液晶高分子取向装置的特点
液晶高分子是同时具有液晶各向异性和高分子力学特性的功能高分子。在液晶高分子中引入具有光化学异构化或者光热响应的结构单元，可以使其在光或者热刺激下发生相转变，引发宏观形状变化。通过一步或两步的取向方法可以对液晶高分子中液晶基元的取向方向进行调控，实现材料的变形编程。液晶高分子形态上的变化在仿生软机器人、微流控、柔性执行器、结构色和防伪等领域有潜在的应用价值。
在外界的刺激作用下，液晶高分子可以发生形态上变化的原因是高分子网络中液晶基元有序度的变化。有序度可以通过“有序参数（S）" 来量化。当外界的刺激作用在材料上时，导致液晶的有序参数降低，高分子聚合物网络中的链段构象发生变化，在宏观上可以表现为弯曲，扭曲，收缩或膨胀等形态的变化。
在液晶高分子的制备过程中，液晶基元的取向是一个非常重要而且关键的步骤。随着液晶高分子研究的不断发展，多种液晶高分子的取向手段被开发出来。将按照合成时的步骤，取向方法大体上可以划分为一步法和两步法。
1.1 一步法
我们在这里提到的一步法是指反应物中的液晶分子在交联之前已经通过例如外场的感应作用或表面诱导效应等小分子液晶取向技术排列成有序相，然后通过化学交联反应固定取向结构。
对于大部分的反应性液晶分子来说，都有多苯环的结构，所以分子具有各向异性抗磁性，使得其分子长轴倾向于平行于外加磁场的方向排列。基于此原理，在1991年，C. H. Legge等人使用磁场将聚合前的液晶分子取向，合成了单畴的侧链型液晶高分子薄膜。Patrick Keller等人利用钕铁硼永磁体（约1T）的磁场诱导作用（图1），成功制备了形变量约300%-400%的微米尺寸的微执行器。
图1：磁场取向制备微米尺寸的执行器
图源：Journal of the American Chemical Society， 2009， 131（41）：15000-15004.
电场下取向的液晶材料通常需要在液晶分子结构中引入极性官能团，例如酯基、腈基或卤素。对于正介电各向异性的液晶，例如以腈基为端基的单官能团液晶单体，由于其长轴方向的介电常数大于短轴，其长轴将平行于电场方向排列。对于负介电各向异性的液晶，例如以二丙烯酸酯为端基的双官能团液晶单体，由于其长轴方向的介电常数小于短轴，其长轴将垂直于电场方向排列。图2展示了液晶盒中使用电场进行取向的基本实验操作。此类方法制备的液晶高分子的形态通常为膜，且厚度受限制。
图2：电场取向的基本操作流程
图源：Soft Matter， 2017，13（32）：5463-5468
光诱导取向的方法最早使用在液晶显示器领域。在已有的研究中，开发出了偶氮苯染料、肉桂酸盐等可以在线偏光下图案化排列的分子。其制备的一般过程是将具有线偏振性质的感光分子作为取向诱导层，利用线偏振蓝光进行图案化取向，取向后的诱导层可以用来诱导液晶分子产生图案化取向。值得注意的是，由于光可以方便的图案化，并且空间精度高，所以基于此方法的取向技术具有高分辨率的特点，可以实现局部取向方向不同。例如，Timothy J. White等人利用激光光栅作为图案化光的方法开发出了存在多个沿圆周方向取向的液晶高分子薄膜，其中每一个有序的取向单元体积仅为0.0005立方毫米（图3）。
图3：体素化的液晶高分子：（a）液晶高分子膜的偏光照片；（b）液晶高分子膜在不同温度下的形态。
图源：Science， 2015， 347（6225）：982-984.
当液晶分子和某些材料表面接触时，由于受到表面的作用力而被诱导排列。这种诱导的原因主要是以下两个方面：第一是液晶分子和取向层之间存在分子间作用力；第二是这些取向层通常设计成微米或者纳米尺度的沟槽，结合表面锚泊作用，使得液晶分子的长轴方向被限域在沿沟槽的方向。通过改变液晶盒上下玻璃表面的沟槽方向的排列和引入垂直取向层，可以实现平行或垂直于薄膜、扭曲取向的液晶高分子。但是，受限于这种表面的作用力的范围（作用有效尺度~50μm），这种取向方式只能制备取向厚度较小的液晶高分子膜。
在模板表面制作微纳尺度的沟槽时，简单的方法是摩擦法。通过在液晶盒内侧的玻璃片上涂覆上聚酰亚胺层，通过布等摩擦表面可以产生细小的沟槽。随着原子力显微镜技术的发展，使用原子力显微镜探针在取向层表面摩擦可以产生更加复杂的沟槽图案。
通过光刻技术可以使用光自由的设计沟槽形貌。表面诱导模板的一般制备过程是用图案化的紫外光照射在旋涂有负光刻胶SU-8的玻璃片上，被照射区域的光刻胶固化，未照射的区域通过溶液清洗去除，这样就在玻璃表面留下了图案化的沟槽。基于此方法可以设计高分辨率的沟槽形貌。光刻法为复杂取向提供了强有力的取向基板加工方法。
1.2 两步法
在液晶高分子的制备组装过程中，如果不做任何取向处理，最终合成的液晶高分子为多畴排列，液晶分子为杂乱无序的状态。两步法通常先将液晶单体混合物弱交联形成多畴液晶低聚物，然后对其施加例如拉伸应力、压应力或者剪切应力引导内部的液晶分子排列。最后等待交联或使用紫外光引发二次交联来固定液晶取向结构。
机械拉伸应力取向因操作简单，取向效果好而被广泛使用。拉伸应力诱导取向的方法最早由Finkelmann等提出37，如图4所示，在实验中，作者将聚（氢硅氧烷）链、具有单乙烯基官能团的液晶分子、多官能团乙烯基液晶分子和铂催化剂混合在一起。由于不同官能团在反应上的动力学的差异，反应速率不同。因此在第一步中，通过铂催化将液晶基元的乙烯基键合到聚硅氧烷主链上，得到弱交联的聚合物。在第二步中，通过外力单轴拉伸取向液晶，然后进一步交联，固定液晶基元的位置得到最终的液晶高分子网络。
图4：机械拉伸取向法制备单畴硅氧烷液晶弹性体
图源：Die Makromolekulare Chemie， Rapid Communications， 1991， 12（12）：717-726.
利用液晶高分子前驱体具有流动性的特征，将其从针头中打印出来，由于从打印针头处挤出时受到剪切应力，液晶分子将沿着打印方向取向。如图5所示André R. Studart和Theo A. Tervoort等人利用挤出熔融液晶材料的方法打印出了高度取向的液晶高分子材料，并且由于3D打印本身的优势，可以制备出分层结构、复杂的几何形状。
图5：3D打印液晶高分子示意图
小型研磨设备“型号：MRM-100"
产品详情
这是一款规格优良的小型机器，适合开发用途。
小型摩擦装置“型号：MRM-100"是通过摩擦形成在液晶面板的玻璃基板上的膜来使液晶分子取向的装置。
它结构紧凑，具有出色的功能，特别适合实验、研究和原型设计应用。
[主要规格]
○工作台尺寸：100 x 100mm
○工作台移动速度：600mm/min（可变）
○卷筒水平旋转范围：±45°（微头手动操作）
○工作台垂直行程：10mm（自动轴）
产品规格
【规格】
○工作台尺寸：100 x 100mm
○工作台移动速度：600mm/min（可变）
○卷筒水平旋转范围：±45°（微头操作）
○工作台垂直行程：10mm（自动轴）
○工作台升降机构：往复运动时，样品下降并在回程中后退
○辊宽：240mm
○辊直径：φ48mm
○辊转速：最大 1500rpm
○用途：电源 AC100V 500W 压缩空气 0.5MPa
○外形尺寸：(W)570 ×（D）700×（H）730mm 约80kg
○安装尺寸：打开/关闭盖子时（D）1050mm，（H）1050mm
*以上项目可能会根据购买规格而变化。
