CAREER: Experimental and Theoretical Studies of Mechanics Interacting with Electric/Optical Fields in Liquid Crystal Elastomers

职业:液晶弹性体中与电场/光场相互作用的力学实验和理论研究

基本信息

  • 批准号:
    1554212
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-04-01 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Faculty Early Career Development (CAREER) project will investigate coupling phenomena in liquid crystal elastomers, a combination of liquid crystal molecules and polymer networks. Liquid crystal elastomers have many special properties which have led to diverse applications ranging from artificial muscles to stretchable optical devices. Because of the complex molecular structure, many phenomena observed in liquid crystal elastomers are still elusive and the unique properties of liquid crystal elastomers have not been fully explored. This research will develop an innovative and robust technique to fabricate liquid crystal elastomers with desired properties. The PI will also formulate a mechanics theory of liquid crystal elastomers with large deformations that may be triggered by various external stimuli. The results from the project will promote further development of liquid crystal elastomers for a wide range of applications, such as responsive elements used in soft robotics, active materials used in energy harvesting/conversion systems and soft materials used in various actuators or sensors. Moreover, the impact of the project will be broadened via the integrated education and outreach programs including course development, a mini summer camp and outreach to high school students.The research objective of this multidisciplinary project is to investigate multi-field coupling phenomena in liquid crystal elastomers, using a using a combined theoretical, computational, and experimental approach. We will develop a strain-engineering technique to apply predesigned inhomogeneous strain fields onto a lightly-crosslinked liquid crystal elastomer film during its second-step crosslinking reaction so as to obtain patterned molecular orientations in the material. Combining experiments and theoretical studies, we will further explore the interplay between mechanics and electrical/optical field in liquid crystal elastomers with the target of realizing diverse voltage or light-induced deformation modes in the material. As a result, this research project will result in a better understanding of the behaviors of liquid crystal elastomers, provide mechanistic insights into the dynamic behaviors of biological materials with similar molecular structures and promote new engineering applications of the special material.
这个教师早期职业发展(职业)项目将研究液晶弹性体的耦合现象,液晶分子和聚合物网络的结合。液晶弹性体具有许多特殊特性,这些特性导致了从人工肌肉到可拉伸的光学设备的多种应用。由于具有复杂的分子结构,因此在液晶弹性体中观察到的许多现象仍然难以捉摸,并且尚未完全探索液晶弹性体的独特特性。这项研究将开发一种创新且强大的技术,以制造具有所需特性的液晶弹性体。 PI还将制定具有较大变形的液晶弹性体的力学理论,这些理论可能由各种外部刺激触发。该项目的结果将促进针对广泛应用的液晶弹性体的进一步开发,例如用于软机器人技术中的响应元素,用于能量收集/转换系统中的活性材料以及用于各种执行器或传感器中的软材料。此外,该项目的影响将通过综合教育和外展计划扩大,包括课程开发,迷你夏令营和与高中生的宣传。该跨学科项目的研究目标是使用液晶弹性体中的多场耦合现象研究,并使用A使用合并的理论,计算,实验和实验方法来研究多场耦合现象。我们将开发一种应变工程技术,以在其第二步的交联反应期间将预先设计的不均匀应变场应用于轻微连接的液晶弹性膜上,以便在材料中获得图案化的分子方向。结合实验和理论研究,我们将进一步探讨液晶弹性体中力学与电/光场之间的相互作用,以及实现材料中不同电压或光诱导的变形模式的目标。结果,该研究项目将更好地了解液晶弹性体的行为,提供具有相似分子结构的生物材料动态行为的机械见解,并促进特殊材料的新工程应用。

项目成果

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专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)

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  • 通讯作者:
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