光致变形材料的光力耦合力学行为及层状结构设计

Recently, a new kind of photodeformation polymers based on relax of stress is developed, which have wide applications in optical sensor, microrobots, micropumps and so on. So, the photodeformation polymers attract more and more attention. However, there is a key problem that the modulus of photodeformation polymers, strain and speed of photoinduced deformation are difficult to be improved together. In the project, the following research tasks will be carried out: the new equipment applied in study photomechanical properties is designed and prepared, furthermore, photo-controlled stress relaxation and deformation is investigated in detail; high fidelity constitutive models and simulation tools based on photoinduced creep will be developed; the new laminar photodeformation polymers is designed and prepared, in which the stress distribution is controlled by the photo and mechanical force. The photo-controlled and mechanical force-controlled stress distribution is expected to effectively solve the key problem that the modulus of photodeformation polymers, strain and speed of photoinduced deformation are difficult to be improved together. These results are very important for further study and application of photodeformation polymers in the future.

基于光致内应力松弛机理的光致变形材料是一类新型智能材料，可望用于光传感器、微型机器人和光微镊子等方面，因而受到越来越多的关注。本项目针对该类型光致变形材料模量、形变量及形变响应速度等多性能最优化矛盾的问题，开展光致变形材料光力耦合力学行为及层状结构设计的研究，从设计开发光力耦合加载测试设备入手，结合光力耦合力学性能表征及结构分析，构建基于光致粘塑性流动的本构模型，优化设计层状光致变形材料的结构，实现多性能最优化，为光致变形材料的应用奠定基础。通过上述研究工作，有望在光力耦合力学性能测试表征、光致粘塑性流动的本构模型及多性能最优化设计方面取得突破，不仅具有重要的学术价值，而且还有重要的社会意义。

光致变形材料以光为激发源, 在没有机械接触的情况下, 能够快速改变尺寸和形状，完成诸如伸缩、弯曲、爬行、转动等一些复杂的运动，可望用于光传感器、微型机器人、光微镊子、光印刷材料、光记录材料、光驱动分子阀和药物缓释剂等，并且光能具有环保性和远程可控性等优异的特性，因此光致变形材料受到了越来越多的关注。其中，基于光致内应力松弛机理的光致变形材料是目前最具有实用价值与应用前景的光致变形材料之一。但是，该类型光致变形材料存在模量、形变量及形变响应速度等多性能最优化矛盾的问题。本项目针对上述问题开展光致变形材料光力耦合力学行为及层状结构设计的研究，从设计开发光力耦合加载测试设备入手，结合光力耦合力学性能表征及结构分析，构建基于光致粘塑性流动的本构模型，优化设计层状光致变形材料的结构，实现多性能最优化，为光致变形材料的应用奠定基础。通过上述系统研究，得到如下一些重要结果：.（1）对基金申请书中的光致粘塑性流动的本构模型进一步修正与完善，并利用该模型进行了力学性能分析，与实验结果进行对比符合较好，说明该模型能很好描述光引起的光致形变材料的应力松弛、蠕变和弯曲等性能，为下一步设计制备综合性能优异的层状光致形变材料及其应用奠定了理论基础。.（2）首次考虑并利用包含氧气影响的本构模型，采用有限元方法，研究了氧气阻聚反应及扩散过程对光敏聚合物光致应力松弛的影响，模拟结果与理论分析结果比较接近。.（3）制备得到光致形变材料，并利用自主设计开发的光力耦合载测试系统对光致形变材料进行了系统的光力耦合力学性能测试，得到综合性能优异的层状光致形变材料。. 这些结果为进一步深入研究基于光致内应力松弛机理的光致变形材料及进行结构、性能优化设计提供研究理论和手段，具有重要的科学意义。