水响应的机械元件及制造这种元件的方法

专利名称：水响应的机械元件及制造这种元件的方法
技术领域：
本发明涉及响应外部激活而改变形状的柔性结构。
背景技术：
现今知道柔性、微机械结构通常对电场、热或光有响应。例如，Ikeda等在Advanced Materials第15卷第3期第201-205页中报道了可由光移动的柔性箔片。此处公开的箔片由当暴露于光下时各向异性地弯曲或伸直的偶氮苯液晶凝胶制成。该箔片包括当暴露于适当波长光下时经历反-顺异构化的各向异性取向的反式-偶氮苯部分。顺式和反式异构化具有不同的形状。为了引起弯曲(或者伸直)，使所述箔片暴露于光下，使得基本上所有入射光都被箔片表面区域中的反式-偶氮苯部分吸收，留下箔片体相不曝光。因此，在所述表面区域中，染料改变形状，而且在箔片体相中它不改变。染料形状的改变导致体积浓度选择性地沿着表面区的一个方向改变，而体相的体积不改变，由此使箔片弯曲。
但是，仍然需要对备选的刺激产生响应的柔性微机械结构。特别是需要响应环境改变例如各种液体或蒸汽施用的结构。一般要求的是该结构应该可以单独使用，以及集成到更大的结构系统中。

发明内容
可以通过如下面权利要求1限定的柔性结构来满足上述需求。此外，分别在权利要求10和13中限定了这种柔性结构的有利的制造方法和用途。所附的从属权利要求限定了本发明的优选实施方案。
因此，本发明的一个方面提供了一种包含聚合物网络的柔性结构。该聚合物网络包含聚合的液晶单体。所述柔性结构限定了上表面层和下表面层，使聚合的单体取向，以使上表面层中聚合的单体的平均轴向与下表面层中聚合的单体的平均轴向基本上不同。下层和上层可以由一层涂覆在另一层上面的两个不同的层组成。但是，它也可以由单片单元组成，其中上层和下层间的区别来自于性质的逐渐变化，在此情况下平均局部分子发生取向，和/或组成从上层界限到下层界限变化。分子取向之间的角度典型地选择为90°，因为这在大多数情况下得到最大的目标作用，但是也可以选择成较小或较大的角度，例如为了使加工和制造变得更加容易。聚合的单体还包含可断裂的次价键，可以通过施用试剂而断裂该键，从而使所述结构改变形状。因此，我们的教导是通过提供如上所述的结构，我们得到了在暴露于试剂时发生弯曲的结构。不愿受限于任何理论，我们相信这是在施用试剂时聚合的单体的长/宽比发生改变的结果。上下表面层平均轴向的差异使得上表面层中长-宽变化的方向基本上不同于下表面层中长-宽变化的方向。根据一个实施方案，所述差异基本上为90°，从而保证了柔性结构中最优的弯曲效果。
结果，上下表面层对试剂的施用反应不同，使得柔性结构弯曲。
本发明因此提供了一种基于在处于环境改变条件时改变形状的聚合物液晶的柔性结构。换句话说，本申请所述的单元对环境变化有反应，而不是由热、光或者电场激发。
根据一个实施方案，聚合物网络以扭曲或者八字形构型取向。因而，保证了聚合的单体的平均轴向基本上90°的差异，从而使得该结构的顶部和底部以相反方式产生膨胀和收缩反应，并因此赋予其非常有效的弯曲模式。
膨胀和收缩的程度在不同的聚合物网络间不同，轴向中的收缩/膨胀与正交方向中的收缩/膨胀之比也是如此。在向聚合物施加试剂时聚合物吸收大量施加试剂的情况下，轴向收缩典型地降低了并且甚至可以是零。对于这种反应甚至可以在大至足以导致膨胀的程度上抵消收缩。但是，轴向上相对于正交方向的不对称无论如何将典型地导致大的弯曲效应。
因此，本发明基于如下观察结果包含可断裂键的液晶网络中的聚合的单体的长/宽比在与专门干扰该可断裂键的试剂接触时后这些键断裂时发生改变。本申请中的可断裂键是在存在和不存在试剂时可以可逆地断裂并且形成的键。可断裂的键可以是次价键如氢键。但是，它甚至还可以是基于分子间偶极-偶极相互作用或者偶极-偶极诱导的相互作用的更弱的键。但是，该键必须足够强而能够在所关心的温度范围内形成有序的液晶相。在本申请中，次价键指涉及分子间吸引但不涉及电子转移或共享的键。在试剂的存在下可以可逆地打开的另一类可断裂键例如是具有更高键合强度的主价键，如离子键。
相比而言，举例来说，共价键形式的主价键一般不能可逆地打开。共价键是在共享电子的原子之间形成的，并且是大多数有机化合物的构筑单元。它们是稳定的并且当用特殊的试剂或温度打开时，它们很少能返回原始结构。次价键例如氢桥键一般比主价键弱得多，但仍足够强，所以当条件改变时重新结合，因此在许多实施方案中是优选的。离子键更强，但是可以由与阳离子或阴离子反应更强的试剂可逆地断裂。实例有可以通过酸的存在而断裂的盐。本发明范围内使用的聚合物网络典型地包含能够经历这种可逆断裂的聚合的单体单元。聚合物网络还可以，但不一定包含只由共价键构成的聚合的单体单元。这些单元不会经历断裂反应，但是对整体可逆性有贡献。这些聚合的单体被称作形状记忆单体，并且典型地以0.1-30重量％的浓度使用。
因此在施用试剂时，根据本发明的柔性结构表现出断裂次价键的数量增加。弯曲作用典型地随断裂次价键数量的增加而增加。
次价键的断裂和恢复可以通过我们已知的技术例如傅立叶红外检测(FTIR)来识别和检验。因此，根据本发明的柔性结构的特征性质是施用试剂在液晶网络分子取向的方向上引起各向异性的尺寸变化。这些各向异性的尺寸变化使该结构弯曲(或者伸直)，并且由可以使用例如TFIR测量的次价键断裂来驱动。
H桥是次价键的一个实例，并且具有H桥的聚合液晶单体已经证明可以用于本发明。因此，根据一个实施方案，可断裂的次价键是聚合液晶单体中的H桥。
在施用试剂时引起长/宽比变化的一种机理已经识别为聚合的单体给试剂分子制造空间，并且将该分子结合到断裂的次价键或者离子键位置的单体部分中，因此促使断裂的单体部分分开，导致单体增长。因此，根据一个实施方案，聚合的液晶单体在所述可断裂的次价键断裂时是可延伸的，从而所述可断裂的次价键断裂为所述试剂分子制造空间，并且将所述试剂的分子结合到所述聚合的单体中。
聚合的液晶单体可以具有许多种不同的化学组成，并且用于断裂键的试剂类型取决于所用的组成。但是，已经证明从化学角度(例如连接H桥作为次价键)以及从用户角度(H2O是廉价且无害的用来控制柔性结构的试剂)，H2O都可以用作许多应用的试剂。因此，根据一个实施方案，所述试剂包括H2O。
已经证明有用的一组聚合的单体是具有结构R1-X-R3的聚合的单体组，其中R1和R3的每一种均包括丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯基团，并且X是羧基或吡啶基。
根据一个具体的实施方案，试剂是H2O，聚合的单体具有以下结构 结构式1其中R1和R2的每一种都包含选自丙烯酸酯基或者甲基丙烯酸酯基的基团。
上面的结构式提供了一种以直接且立即的方式响应水或水蒸汽的柔性结构。可选地，在用于流体环境中时，该结构可以对盐浓度的变化或者流体介质的酸度(pH)变化有反应。
下面在具体描述的材料选择部分中给出了大量可选的聚合的单体。
根据一个实施方案，聚合物网络还可以包含在施用所述试剂时不改变长/宽比的聚合液晶形状记忆单体。因此，聚合的形状记忆单体维持聚合物网络，从而在除去试剂时聚合的单体的可断裂次价键恢复。因而，柔性结构在除去试剂时伸直。典型地添加用量在1-30重量％范围内的形状记忆单体，并且在所得聚合物液晶中提供了当聚合物与所述试剂接触时不会离解的键。因此，添加聚合的形状记忆单体使聚合物网络“记住”了其原始的分子取向，并因此使所述离解相对聚合物网络的分子顺序是可逆的。
根据一个实施方案，聚合的形状记忆单体具有以下结构式 结构式2下面在具体描述的材料选择部分中给出了大量可选的聚合的形状记忆单体。
本发明的另一个方面提供了聚合物单元作为柔性结构的用途，其中所述聚合物单元包含聚合物网络，所述聚合物网络包含每个具有长/宽比的聚合的液晶单体，其中所述结构限定了上表面层和下表面层，使所述聚合的单体取向，以使上表面层中聚合的单体的平均轴向与下表面层中聚合的单体的平均轴向基本上相差90°，并且其中聚合的单体包含可以通过施用试剂断裂的可断裂的次价键，以使聚合的单体的长/宽比因施用所述试剂(104)而改变，因而柔性结构响应所述试剂的施用而弯曲。
如上所述，该试剂可以是液态或者气态。根据一个具体的实施方案，该试剂是H2O。
本发明的再一个方面提供了制造对试剂施用有响应的柔性结构的方法。该方法涉及通过各向异性膨胀或收缩来选择对试剂施用响应的聚合物液晶，以及由所述聚合物液晶形成所述柔性结构的步骤。
可以从具有所需分子取向的聚合物箔形成柔性结构。在此情况下，可以使用例如激光切割或者刻蚀技术来图案化聚合物箔。
但是，根据一个实施方案，通过使液晶单体聚合来形成所述聚合物液晶。聚合步骤例如可以包括光聚合。
聚合液晶单体的取向例如可以使用摩擦基底来控制，其摩擦方向可以确定聚合的单体的表面取向。可选地，为了保证例如分子在基底表面上的垂直取向，可以向基底施用表面活性剂。因此，可以提供八字形取向(一个表面具有垂直的取向，而相反的表面具有单轴的平行取向)或者扭曲取向(例如从一面至相反面扭转90°的平行取向)。
因此，根据一个实施方案，形成聚合物液晶的步骤包括在聚合物液晶中诱导所需的液晶分子取向的表面之间排列聚合的液晶单体。
如上所述，聚合物网络可以包括不同类型的聚合的单体，例如单体和形状记忆单体。在此情况下，在聚合期间共聚合那些单体的适当混合物。如上所述的柔性结构例如可以用作触发器、人造肌肉、或者开闭器或者阀。它还可以用来检测特定的物种。例如，通过光反射的变化或者电容的变化，或者使其与电极之间建立或者断开连接，可以分析机械变形。此外，可以将多个单元图案化成能够成为图案化开关单元的阵列。此类阵列还可以微型化并且集成在电子学、电光或者微流体装置中。


下文中，将参考附图详细地说明本发明的实施方案，枚举了如下附图图1a和1b所示为未添加试剂(1a)及添加了试剂(1b)的聚合物液晶网络。
图2所示为具有八字形分子取向的聚合物液晶的剖面，以及它对试剂施用的反应。
图3所示为具有扭曲分子取向的聚合物液晶的剖面。
图4所示为柔性结构的剖面，以及它对试剂施用的反应。
图5所示为与在上侧施用试剂相比，对在下侧施用试剂反应不同的柔性结构。
图6所示为柔性结构阵列的剖面。
图7a和7b所示为具有两个柔性结构并且分别处于第一状态(7a)和第二状态(7b)的微流体系统。
具体实施例方式
本发明优选使用聚合物液晶制造。聚合物液晶例如可以通过使具有良好限定的液晶分子取向的单体聚合来形成。
材料在下文中，枚举了大量可行的聚合的单体和形状记忆单体。
单体根据一个实施方案，如上所述，聚合物液晶由其液晶行为源于能形成与水分子接触时断裂的次价键的氢桥的单体形成。所述聚合物液晶例如可以具有如上面结构式1所示的结构和反应。适当单体的实例是R1和R2包含丙烯酸酯基团如CH2＝CH-COO-(CH2)6-O-或者甲基丙烯酸酯基团的分子。
在其单体状态，在不存在水时该单体是液晶，并且例如通过单体的光聚合可以加工成取向的液晶网络，同时在摩擦的聚酰亚胺基底之间排列。在聚合状态，R1和R2是聚合物网络的一部分或者与之连接。
相同的原理同样可以用于其它类型的氢桥，并且可以使用水以外的试剂来断裂键。包含氢桥的其它有序结构的实例基于羧酸基团和吡啶基 一般而言，所述单体应该具有液晶相，并且应该是可聚合的。此外，聚合的单体必须提供可断裂的键，例如以氢键组分的形式。下面是对水反应的聚合的单体的实例。
以下给出了因氢键形成二聚体而得到介晶(液晶)性质的可选聚合的单体
在此情况下，已经选择了长度为六个碳的间隔物(丙烯酸酯的氧和苯基的氧之间的单元)。但是，有许多具有不同碳原子数的其它实例，例如3或11个。另外，混合物可以降低加工温度。
以下化合物因为中间分子通过氢桥连接了两个外面的分子而形成液晶相。这些桥比基于上面枚举的羧酸的桥更强。注意为了形成这些键，需要向反应混合物中添加1∶1的摩尔比的两种不同分子。
优选，这种聚合的单体用形成比只有水时能量更有利的键的分子例如强酸“打开”。所述试剂例如可以是对甲苯磺酸。
作为一种选择，可以选择三分子配合物 另外，在此情况下强酸可以断裂氢桥。但是，当从聚合物膜中除去中央单元时(一旦它不再与聚合物网络连接时便可以这样做)，永久的体积变化也会永久地改变长/宽比的形状。
以下的盐给出了离子键合的一个实例 还可以使用镁或钡代替钙。这些离子键例如可以通过强酸如对甲苯磺酸、盐酸、硫酸等试剂断裂。
除了使用丙烯酸酯 作为可聚合基团外，还可以使用其它的官能团来制造所述聚合物。实例有
甲基丙烯酸酯 乙烯醚 环氧化物 氧杂环丁烷 硫醇-烯类具有-SH或-CH＝CH2的单体或者包含两者的单体。
丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类和硫醇-烯类按照自由基机理固化。乙烯醚、环氧化物和氧杂环丁烷类借助于阳离子机理固化。如本领域中公知，这些化合物因此需要稍微不同的引发剂。
形状记忆单体在需要形状记忆功能的情况下，优选使用提供可断裂键和“记忆”键的共聚物。在此情况下，通常以在1-30重量％范围内的用量添加形状记忆单体。例如，可以使用结构式2(以上)指定的单体作为形状记忆单体。使用此类形状记忆单体时，水可以用作断裂氢桥，并因此用来改变长/宽比的试剂。当除去水时，由于在聚合的共聚物中包含了形状记忆单体，断裂和形成氢键的过程是可逆的，并且膜保留了其原始形状和形状。
但是，有许多种单体可以用作形状记忆单体。例如，除了由结构式2自身(上面)给出的单体外，相似的单体具有不同于6(例如3-11)的碳链长度或者除去了中央的甲基。还可以使用具有不同苯环数目的单体以及具有不同连接或反应基团的单体。一般要求是它在两端必须是可聚合的(具有例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或者环氧化物类)，它必须与单体混合，并且优选它应该在聚合前是液晶。
促进尺寸变化可逆的形状记忆单体的实例有 因为其介晶特征，这些实例通常稳定了单体状态的液晶相。在文献中可以发现多官能团液晶单体的更多实例。
但是，除了使用具有介晶性质的多官能团单体外，也可以使用非介晶单体。一般，这些单体使单体混合物的液晶性不稳定。但是，尤其是当以较低浓度使用它们时，这种降低不成问题。同样因为通常熔点也降低。(液晶单体的处理典型地在有限的温度范围内进行。单体混合物通常在室温下是结晶性的并且必须加热熔化。当加热至太高温度时单体混合物变成各向同性的并且使其分子顺序松动)。可以用作形状记忆单体的其它单体的实例有二丙烯酸己二酯、二丙烯酸三丙二酯和三丙烯酸三羟甲基丙烷酯，其分别具有以下结构
此外，与单体相似，可以使用丙烯酸酯类以外的其它官能团作为可聚合的基团来制造聚合物。实例包括甲基丙烯酸酯类、乙烯醚类、环氧化物类和硫醇-烯类。
试剂用来断裂可断裂键的除H2O以外的其它试剂的实例例如包括形成吡啶基团并且在无水溶剂中溶解的具有强H-桥的化合物。吡啶基团部分与羧酸部分之间的强的H-桥使聚合物链中羧酸单元现存的分子间H-桥断裂
通过简单的加热使H-桥更弱并且具有更低特异性，使该过程可逆。因此，例如通过蒸发或者用溶剂冲洗，可以除去含吡啶基的化合物，并使膜保持其原始结构。
分子取向通过柔性结构中适当的分子取向，典型地增强了所述结构的弯曲效果。分子取向可以是聚合物主链的取向或者是分子链侧基的取向。在优选的实施方案中，分子取向涉及与聚合物主链连接的介晶单元的排列。介晶单元是与上面给出的分子结构中表示的反应性可聚合基团桥连接的棒状分子部分。在图1a和1b中显示了聚合物网络100的实例。该聚合物网络包含介晶单元103，每个单元具有中央可断裂键，并且例如以扭曲或者八字形取向排列。但是，如上所述，聚合物主链101不一定排列。此外，该聚合物网络包含连接介晶单元103与聚合物主链101的柔性间隔物102。
该结构典型地具有伸长的、延伸的形状，并且例如可以由具有适当分子取向的聚合物膜形成。
例如，分子可以具有扭曲取向，其中分子在膜的剖面上旋转90°，并且分子平均在膜平面内保持排列，或者它可以是八字形取向，其中分子在膜的一侧与所述表面平面排列，并垂直于所述膜相反侧的表面。
图2显示了具有八字形取向的聚合物液晶结构的剖面201。在该结构的底部，平均分子取向204是水平的(与该结构平行)，在所述结构的顶面上平均分子取向203是竖直的(与该结构正交)。但是，当添加试剂202(在此情况下为H2O)时，聚合物主链间的平均距离增加ΔL＝Lt-L0，因此也有效地增加了宏观长度。图1b中示意地显示了这种情况。
图3显示了扭曲聚合物取向的剖面，其中取向与所述结构平行，但是与下表面层302相比，其在上表面层301中扭转了90°。
当经历了尺寸变化的分子在膜的顶面具有与膜底部相比不同的取向时，膜由于这种尺寸变化而弯曲。如上所述，不同的取向可以是所谓的八字形取向。在此情况下，膜将在分子平行于结构排列的位置侧向膨胀，并且膜还将在分子取向与膜垂直之处在垂直于膜的方向上膨胀。结果是当具有这种结构的膜与试剂接触时，它们总是在平面分子的分子取向方向上弯曲，并且弯曲方向朝向如图2中所示的膜的底部。图4中在宏观水平上显示了这种现象，其中显示的是柔性单元的剖面。柔性结构401、402基本上由位于安装基底404上的可移动单元403组成。可移动单元由例如具有如图1中所示的八字形分子取向的聚合物液晶形成。当暴露于试剂(在此情况下是H2O)下时，所述聚合物的长/宽比发生改变，并且该单元从直的形状401变成弯曲的形状402。
可选地，在分子取向中的差异是扭曲构型的情况下，膜底部介晶单元的平均分子取向平均与膜的顶面上的取向正交。在这种结构下，因为两个表面都有在取向方向上弯曲的趋势，所以弯曲方向不固定。这将导致因为几何原因而不能形成的马鞍形几何体。但是，令人惊奇的观察结果是，膜总是从首先接触试剂的表面弯曲。因此，如图5中所示，如果试剂从膜500的顶部进入，则膜500在底部方向501中弯曲，弯曲方向与膜顶部的平均分子取向平行。相反，当试剂从膜底部进入时，膜从与膜底部的平均分子取向平行的方向502向顶部弯曲。
图6显示了四个柔性结构的阵列610、620、630。结构601可以全部是直的状态，由此提供全封闭的阵列610。可选地，它们可以全部都是弯曲状态602，或者一些结构604可以是弯曲状态而其它605是直的状态。例如，可以通过改变它们的组成来实施单个结构的寻址。基础分子浓度的差异提供了取决于试剂浓度的响应差异。因为膜通过光聚合制备，所以可以容易地使其成为结构化且复杂的阵列，通过用具有不同的单体组成、在两个或者更多个连续的步骤中涂敷并且光刻曝光及溶解未反应的单体，来使其具有不同响应。作为图3中所示的阵列的结果，并且在水响应单元的情况下，根据水的蒸汽压而或多或少地孔打开。
在另一个实施例中，柔性结构是微流体系统的一部分，其中单元具有自动阀的功能。此处，利用的是它们对水的高度灵敏性。
图7a和7b以包含第一柔性结构701和第二柔性结构702的T-阀形式显示了这种微流体系统700。在用无水流体例如纯的乙醇供应通道的情况下，结构701关闭向下的通道并且迫使流体向上。一旦乙醇被水污染，流体被迫遵从因为结构702关闭而结构701打开的不同路径。为此，使结构701在干燥状态下弯曲，并且使结构702在湿状态下弯曲。例如通过利用八字形构型，描述了如上所述在湿状态中弯曲的直结构。通过向单体混合物中添加少量含二苯乙烯的形状记忆单体，可以制备出在干状态中弯曲并且当湿时变直的结构。在聚合期间，该单元趋向于收缩。当在八字形构型中采取这种配方时，它使所述膜向分子平面排列的一侧弯曲。
其构象可以经历永久变化，从而提供了弯曲成八字形膜的形状记忆单体的实例有 在聚合期间，这种分子构建成网络。同时，它经历从其反式构型向其顺式构型的转变，从而改变了平均的分子端-端距离。
在另一个实施方案中，为单元提供导电材料，从而在单元弯曲时两个相对的电极短路。因为柔性结构根据试剂浓度打开或关闭，所以其就像是继电器。这种装置可以用于检测试剂，但是它还可以用于当与试剂接触时激活其它装置，例如开闭器、窗口、阀、泵等。
实施例下面给出了根据本发明的自支撑柔性结构(束)的制造实例，所述结构具有在剖面上分子扭转90°的有序的分子结构，并且对水有响应。
反应性液晶单体由以下组成制备 第一种化合物是单体，第二种化合物是形状记忆单体，第三种化合物是手性掺杂剂，并且第四种化合物是光引发剂。手性掺杂剂保证所有分子在相同方向上转动，因此用于扭转的分子取向。光引发剂是当暴露于紫外线下时它分裂成两个自由基，因而引发链反应聚合过程。
用从N-甲基吡咯烷的溶液旋涂的30nm聚酰亚胺层涂敷两片50×50mm的玻璃基底，此后，使用例如天鹅绒布单轴向摩擦聚酰亚胺。摩擦给与摩擦的聚酰亚胺接触的液晶提供了单轴向排列。
随后，将玻璃板安装在单元结构中，使摩擦的聚酰亚胺膜彼此面对。用直径例如为10微米的玻璃纤维使基底分开，并使各聚酰亚胺层的摩擦方向彼此垂直地排列。
随后，利用毛细力在100℃下用单体混合物填充间隙。在冷却至30℃后，通过用相距20cm的荧光UV灯(Philips PL 10，5mW/cm2)的紫外光曝光30分钟使样品聚合。在紫外曝光后，使样品的温度升高至80℃，并保持5分钟，从而后固化样品，然后将其再次冷却至室温。在室温下，除去两片玻璃板，并从所得的聚合物液晶膜中切出20×5mm的自支撑的聚合物束。
例如，可以使用刀来进行切割。或者使用微接触印刷压印结构到其基底上、或者通过掩模光聚合来图案化所述结构，在未曝光区域留下可除去的、未反应的单体。
所得聚合物束是双折射的，这支持了有序结构的假设，并且旋转了偏振光的方向，这支持了扭曲结构的假设。当该膜与水接触时，没有观察到机械响应。但是，当将相同的膜浸入2N KOH溶液中并且干燥时，它直接响应水而弯曲。用KOH浸泡使聚合物各向异性地吸收水，导致分子增长。事实上，通过简单地向水表面移动膜，已存在的水蒸汽已经足以使膜弯曲至5mm的半径，这是明显可见的。向上移动膜而离开水表面，它直接响应，再次变直。
因此，本质上本发明涉及对施用试剂有响应的柔性结构401。在施用试剂时，柔性结构402以预定的方式弯曲。所述柔性结构由聚合物液晶形成，使其取向，以限定具有基本上不同的分子取向的上表面层和下表面层，并且使得聚合物液晶的长/宽比在施用试剂时发生改变。因而，上下表面层对于施用试剂的响应不同，导致柔性结构401弯曲或者伸直。
权利要求
1.一种包含聚合物网络的柔性结构(401，402)，所述聚合物网络(100)包含聚合的液晶单体(102)，其中所述结构限定了上表面层(203)和下表面层(204)，使所述聚合的单体取向，以使上表面层(203)中聚合的单体的平均轴向基本上与下表面层(204)中聚合的单体的平均轴向不同，其中聚合的液晶单体(102)包含通过施用试剂(104)可以断裂的可断裂次价键(103)。
2.权利要求1的柔性结构(401，402)，其中使所述聚合的单体(102)取向，以使上表面层(203；301)中聚合的单体的平均轴向与下表面层(204；302)中聚合的单体的平均轴向基本上差90°。
3.权利要求1的柔性结构(401，402)，其中所述聚合的液晶单体(102)在所述可断裂的次价键断裂时是可延伸的，以便所述可断裂次价键的断裂为所述试剂(104)的分子制造空间，并且将所述试剂(104)的分子结合在所述聚合的单体(102)中。
4.权利要求1的柔性结构(401，402)，其中所述可断裂次价键(103)在聚合的液晶单体(102)中是H桥。
5.权利要求1的柔性结构(401，402)，其中所述试剂(104)包括H2O。
6.权利要求1的柔性结构(401，402)，其中所述聚合物网络(100)还包括不与所述试剂反应如断裂其次价键的聚合的单体。
7.权利要求1的柔性结构(401，402)，其中所述聚合的单体(102)结构为R1-X-R3，其中R1和R3的每一种均包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧化物、乙烯醚、氧杂环丁烷基团，或者与乙烯基结合的硫醇基团，并且其中X由两个羧基形成，或者由一个羧基和一个吡啶基形成。
8.权利要求1的柔性结构(401，402)，其中所述试剂(104)是H2O，并且所述聚合的单体(102)具有以下结构 其中R1和R2的每一种都包含选自丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基的基团。
9.权利要求6的柔性结构(401，402)，其中形状记忆单体具有以下结构式
10.一种将聚合物单元用作柔性结构(401，402)的用途，所述聚合物单元包含聚合物网络(100)，所述聚合物网络包含各自具有长/宽比的聚合的液晶单体(102)，其中所述柔性结构(401，402)限定了上表面层(203；301)和下表面层(204；302)，使所述聚合的单体(102)取向，以便上表面层(203；301)中聚合的单体的平均轴向与下表面层(204；302)中聚合的单体的平均轴向基本上差90°，并且其中聚合的单体包含通过施用试剂(104)可以断裂的可断裂次价键(103)，以使聚合的单体(102)的长/宽比因施用所述试剂(104)而改变，由此柔性结构(401，402)响应所述试剂(104)的施用而弯曲。
11.权利要求10中限定的聚合物单元的用途，其中所述试剂(104)处于液态和气态之一。
12.权利要求10中限定的聚合物单元的用途，其中所述试剂(104)是H2O。
13.一种制造对试剂(104)的施用产生响应的柔性结构(401，402)的方法，所述方法包括以下步骤-通过各向异性膨胀或收缩来选择对试剂施用响应的聚合物液晶，-由所述聚合物液晶形成柔性结构(401，402)。
14.权利要求12的方法，其包括通过使液晶单体聚合而形成所述聚合物液晶的步骤。
15.权利要求14的方法，其中形成所述聚合物液晶的步骤包括在聚合物液晶中诱导所需液晶分子取向的表面之间排列液晶单体。
16.权利要求15的方法，其中所述液晶单体是单体的混合物。
全文摘要
本发明涉及响应试剂施用的柔性结构(401)。在试剂施用时，该柔性结构(402)以预定的方式弯曲。该柔性结构由聚合物液晶形成，使该液晶取向，以限定具有基本上不同分子取向的上表面层和下表面层，并且使得该聚合物液晶在试剂施用时长/宽比发生改变。因此，上表面层和下表面层对试剂施用的响应不同，导致柔性结构(401)弯曲或伸直。
文档编号C09K9/02GK101080476SQ200580043048
公开日2007年11月28日 申请日期2005年12月8日 优先权日2004年12月14日
发明者K·D·哈里斯, C·W·M·巴斯蒂安森, D·J·布勒尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司