合物氧化物（ATO)、氧化钌、氧化钛、氧 化锌、氧化锡等；碳材料，诸如碳纳米管、碳纳米角、碳纳米片、碳纤维、炭黑等；以及导电树 月旨，诸如聚（亚乙基-3,4-二氧基噻吩）（PEDOT)、聚苯胺、聚吡咯等。可使用导电弹性体和 具有分散在树脂中的导电填充剂的导电树脂。
[0202] 电极可仅包含上述导电物质之中的一种物质，或可包含2种或更多种此类导电物 质。如果电极包含2种或更多种类型的导电物质，则导电物质之一可起到活性物质的功能， 而其余的导电物质可起到降低电极电阻的导电材料的功能。
[0203] 用于本发明的换能器的介电层的总厚度可设定在10 ym至2, 000 ym(2mm)的范 围内，但该总厚度尤其可设定为大于或等于200 μπι的值。特别是，形成介电层的介电有 机硅弹性体层的每个单层的厚度优选地为0. 1至500 μ m，且该厚度尤其优选地为0. 1至 200 μ m。与使用单层相比，通过堆叠这些有机硅弹性体薄层的2个或更多个层，使改善诸如 绝缘击穿电压、介电常数和位移量的特性成为可能。
[0204] 术语"换能器"在本发明中意指用于将某一类型的能量转换成不同类型的能量的 元件、机器或装置。该换能器的示例为用于将电能转换成机械能的人工肌肉和致动器；用于 将机械能转换成电能的传感器和发电元件；用于将电能转换成声能的扬声器、麦克风和耳 机；用于将化学能转换成电能的燃料电池；以及用于将电能转换成光能的发光二极管。
[0205] 本发明的换能器由于本发明的换能器的介电和机械特性而尤其能够用作人工肌 肉、致动器、传感器或发电元件。预期人工肌肉用于诸如以下应用：机器人、护理设备、康复 训练设备等。下文将以本发明的例子来阐释作为致动器的实施例。
[0206] 「图 1 至图 41
[0207] 图1显示了其中堆叠介电层的本发明实施例的致动器1的剖视图。在该实施例中， 介电层由例如2个介电层构成。致动器1配有介电层IOa和10b、电极层Ila和11b、线材 12和电源13。电极层Ila和Ilb覆盖介电层的相应接触表面，且这些电极层通过相应的线 材12连接到电源13。
[0208] 致动器1可通过在电极层Ila与电极层Ilb之间施加电压来驱动。通过施加电压， 介电层IOa和IOb因介电性质而变得更薄，并且这导致平行于电极层Ila和Ilb的面的伸 长。也就是说，可能的是将电能转换成移动或位移的力或机械能。
[0209] 图2显示了其中堆叠介电层和电极层的本发明实施例的致动器2的剖视图。根据 本发明的实施例，例如，介电层由3层构成，并且电极层由4层构成。致动器2配有介电层 20a、20b和20c，电极层21a、21b、21c和21d，线材22,以及电源23。电极层21a、21b、21c和 2Id各自覆盖介电层的相应接触表面，且这些电极层通过相应的线材22连接到电源23。电 极层交替连接到不同电压侧，并且电极层21a和21c连接到与电极层21b和21d不同的侧。
[0210] 通过在电极层21a与电极层21b之间施加电压、在电极层21b与电极层21c之间 施加电压且在电极层21c与电极层21d之间施加电压，可能的是驱动致动器2。通过施加电 压，介电层20a、20b和20c因介电性质而变得更薄，并且这导致平行于电极层21a、21b、21c 和21d的面的伸长。也就是说，可能的是将电能转换成移动或位移的力或机械能。
[0211] 尽管将致动器的实施例作为本发明的换能器的例子来描述，但当从外侧向本发明 的换能器施加机械能（诸如压力等）时，可能的是在相互绝缘的电极层之间产生作为电能 的电势差。也就是说，其可用作用于将机械能转换成电能的传感器。传感器的该实施例将 在下文描述。
[0212] 图3显示了本发明实施例的传感器3的结构。传感器3具有以下结构，其中介电 层30设置在以矩阵样图案布置的上电极层31a、31b和31c与下电极层32a、32b和32c之 间。根据本发明的实施例，例如，将电极层设置为在垂直方向和水平方向上分别具有3行的 矩阵图案。可通过绝缘层来保护每个电极层不接触介电层30的面。此外，介电层30可包 括2层或更多层含有有机聚硅氧烷的相同介电层。
[0213] 当将外力施加到该传感器3的表面时，在上电极层与下电极层之间的介电层30的 厚度在受压位置处发生变化，并且电极层之间的静电容因该变化而存在变化。通过测量因 这些电极层之间的该静电容变化而引起的电极层之间的电势差，可能的是检测外力。也就 是说，该实施例可用作将机械能转换成电能的传感器。
[0214] 此外，尽管在本发明实施例的传感器3中形成3对夹有介电层的相对电极层，但可 根据应用适当地选择电极的数量、大小、放置等。
[0215] 发电元件是将机械能转换成电能的换能器。该发电元件可用于这样的发电装置， 其始于通过天然能（诸如波浪力、水力、水力等）的发电以及因振动、撞击、压力变化等引起 的发电。该发电元件的实施例将在下文描述。
[0216] 图4显示了其中堆叠介电层的本发明实施例的发电元件4的剖视图。在该实施例 中，介电层由例如2个介电层构成。发电元件4由介电层40a和40b以及电极层41a和41b 构成。电极层41a和41b被布置成覆盖相应的接触介电层的一个面。
[0217] 电极层41a和41b电连接到未示出的负载。该发电元件4可通过改变电极层41a 与41b之间的距离来改变静电容而产生电能。也就是说，由于通过介电层40a和40b形成 的静电场而造成呈静电荷感应状态的电极层41a与41b之间的元件的形状发生变化，电荷 分布变得偏置，电极层之间的静电容因此类偏置而发生变化，且在电极层之间产生电势差。
[0218] 在本发明的实施例中，由于从在平行于图4中所示发电元件4的电极层41a和41b 的面的方向上施加压缩力的状态（上图）变成如同一图中所示的未施加压缩的状态（下 图），在电极层41a与41b之间产生电势差，且可能的是通过作为电力而输出该电势差变化 来实现发电元件的功能。也就是说，可能的是将机械能转换成电能。此外，可将多个元件布 置在基板上，且可能的是通过串联或并联此类多个元件来构造产生更大电量的发电装置。
[0219] 本发明的换能器可在空气、水、真空或有机溶剂中操作。此外，本发明的换能器可 根据换能器的使用环境而适当地进行密封。对密封方法无特别限制，且该密封方法的示例 为使用树脂材料等密封。
[0220] 工业话用件
[0221] 本发明的用于换能器的可固化有机聚硅氧烷组合物可适当地用于制造换能器。本 发明的用于换能器的可固化有机聚硅氧烷组合物可包括所谓的B阶材料而非仅包括未固 化的可固化组合物，该B阶材料呈反应性有机聚硅氧烷部分反应且未完全固化的状态。本 发明的B阶材料的示例为呈凝胶状或具有流动性的状态的材料。因此，本发明的实施例还 包括呈以下状态的构件：其中用于换能器的可固化有机聚硅氧烷组合物的固化反应已进行 了一部分，且其中换能器构件呈凝胶状或流体状态。此外，呈这种类型的半固化状态的换能 器构件可由薄膜状有机硅弹性体的单层或堆叠层构成。
[0222] 实例
[0223] 为体现本发明，现在将给出实践例。然而应当理解，这些实践例并不限制本发明的 范围。此外，下文中的" ％"表示重量百分比。
[0224] 实践例1
[0225] 通过轨道式旋转混合器以2000rpm的速率将在25 °C下粘度为50, OOOmPa · s且两 个末端经二甲基乙烯基甲硅烷氧基基团封端的聚-三氟丙基，甲基硅氧烷（A21)(乙烯基含 量为0. 14% )、平均粒径为I. 0 μπι的球状钛酸钡（由富士钛业株式会社（Fuji Titanium Industry Co.，Ltd.)生产，HPBT □ 1B)以及作为反应控制剂的四甲基四乙烯基环四娃氧 烷混合30秒。然后，根据表1中所示的配比，添加三（二甲基氢甲硅烷氧基）三氟丙基硅 烷（An，SiH含量=0. 55% )，并以2000rpm的速率混合30秒。此外，添加溶于二甲基乙烯 基甲硅烷氧基基团双封端甲基聚硅氧烷中的0.67% (以铂计）的1，3-二乙烯基_1，1，3， 3-四甲基二硅氧烷络合物的铂络合物，并以2000rpm的速率混合15秒以得到有机硅弹性体 组合物。在这里，该有机硅弹性体组合物中的所有SiH官能团对所有乙烯基基团的摩尔比 (SiH基团/乙烯基基团）为I. 3。
[0226] 在这里，当反应性有机聚硅氧烷由表示时，具有小于3的（a+c)/ (b+d+e+f+g)值的有机聚硅氧烷相对于可固化有机聚硅氧烷组合物中的全部硅氧烷组分的 重量分率（X)(即X = 1. 7% )。双分子链封端的反应性有机聚硅氧烷相对于可固化有机聚 硅氧烷组合物中硅氧烷组分的总量的重量分率（Y)为98. 3%。反应性有机聚硅氧烷（S) (其在单个分子中具有至少2个能够进行固化反应的基团，且在2个能够进行固化反应的基 团之间具有小于10, 000的平均分子量）与反应性有机聚硅氧烷（L)(其在单个分子中具有 至少2个能够进行固化反应的基团，且在2个能够进行固化反应的基团之间具有大于或等 于10, 000且小于或等于150, 000的平均分子量）的共混比（重量比S/L)为1. 7/98. 3。
[0227] 另一方面，基于上述聚有机硅氧烷原料的化学结构、硅键合的氢原子的含量、烯基 基团的含量和数均分子量，每单位重量的交联点的数量（J值）经计算为21.0 μπιο?/g，且交 联点之间的分子量（K值）经计算为约220, 000。
[0228] 在190°C下将该有机硅弹性体组合物加压固化15分钟，然后在190°C下在烘箱中 后固化60分钟。基于JIS K 6249,测量所得固化制品的杨氏模量、拉伸强度、断裂伸长率和 撕裂强度。为测量机械强度，制备了 2mm厚的片材。基于JIS K 6253测量6mm厚的片材的 硬度计A硬度。
[0229] 此外，在190°C下将该有机硅弹性体组合物加压固化15分钟以制备0. 07mm厚的片 材，并使用由总研电气株式会社（Soken Electric Co.，Ltd.)制造的电绝缘击穿电压油测 试仪（即PORTATEST 100A □ 2)测量绝缘击穿强度。以相同方式，在190°C下将硅弹性体组 合物加压固化15分钟以制备Imm厚的片材。在23°C的温度和IMHz测量频率条件下使用由 安藤电气株式会社（Ando Electric Co.，Ltd.)制造的TR-1100介电常数-正切测量装置 来测量比介电常数。结果在表1中示出。
[0230] 实践例2至8和比较例1至3
[0231] 实施与实践例1相同的程序，只是改变交联剂A1和聚合物A2的添加量和化学结 构，或在可能需要时使用表1中所列的细粒，以得到有机硅橡胶组合物。在本文中，在实践 例2中，一次性添加除1，3-二乙烯基-1，1，3, 3-四甲基二硅氧烷络合物的铂络合物的组分 外的所有组分并混合。
[0232] 以相同方式计算上述X、Y、S/L、J和K值。以相同方式加热并固化所得的组合物， 并评估机械强度和电气特性。这些结果在表1中示出。此外，在实践例7中，在78°C下在体 积比为95 : 5的乙醇与水的溶剂混合物中，事先使用具有五氟苯基基团的磷酸以等于覆盖 钛酸钡细粒整个表面所需量的三倍的量处理所述细粒的表面。然后，用上述乙醇水溶液洗 掉表面处理剂的过量部分。在85°C下在真空下进一步处理所得的细粒以提供经表面处理的 细粒。
[0233] 此外，在该表中，上文未描述的交联剂和聚合物的化学结构如下。
[0234] A21:聚-三氟丙基，甲基硅氧烷，其具有在25 °C下2, OOOmPa · s的粘度且两个末端 经二甲基乙烯基甲硅烷氧基基团封端
[0235] A22:两个末端经二甲基乙烯基甲硅烷氧基基团封端的聚-三氟丙基，甲基硅氧 烷-二甲基硅氧烷共聚物
[0236] A23:两个末端经二甲基乙烯基甲硅烷氧基基团封端的聚-氰基丙基，甲基硅氧 烷-二甲基硅氧烷共聚物
[0237] A24、A25、A26:两个末端经二甲基乙烯基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷
[0238] A11:三（二甲基氢甲硅烷氧基）三氟丙基硅烷
[0239] A12 :三（二甲基氢甲硅烷氧基）氰基乙基硅烷
[0240] A13 :三甲基甲硅烷基双封端的二甲基甲基氢硅氧烷共聚物
[0241] A14:^甲基氣官能化MQ树脂
[0242] (F)反应控制剂：四甲基四乙烯基环四硅氧烷
[0243] (C) Pt催化剂：铂1，3-二乙烯基_1，1，3, 3-四甲基二硅氧烷络合物
[0244] "固化有机碎弾件体薄腊的机电测试"
[0245] (实践例1与比较例4)
[0246] 使用由炭黑和硅油构成的电极糊（[Asbury导电碳级5303]/[Dow Corning FS1265 氟硅油]=1/7 (w/w))对基于本发明的固化薄膜（实例编号1)进行刷涂。限定活性 EAP区域的电极施加（圆）的直径在IOmm至20mm的范围内。使用由SRI国际公司（SRI international Inc.)构造的Dow Corning机电测试仪进行机电测试以分析电场与厚度应 变之间的关系。测量条件如下。
[0247] 1)温度与湿度：在21_23°C下，且相对湿度为35-52%
[0248] 2)初始膜厚：105 μ m
[0249] 3)双轴预拉伸：25%
[0250] 4)双轴拉伸后的膜厚：67 μ m
[0251] 5)电压图为0. 5Hz方波型。在'0'伏特与测试电压条件下电极圆直径的变化限定 致动径向应变。厚度应变因有机硅样品的不可压缩性而与径向应变相关。电场定义为测试 电压除以"最终"膜厚（再拉伸并致动后的膜厚）
[0252] 随电场（V/ μ m)变化的厚度应变（％)与作为对照材料的Sylgard 186 (比较例编 号4) 一起在图5中绘出。
[0253] 图5.实例编号1和比较例编号4的随电场（V/ ym)变化的厚度应变（％)。
[0254] 「表1-11 (实践例1至8的组成）
[0255]
[0256] 「表1-21 (实例1至8的组成）
[0257]
[0258]
[0259] 「表1-31实践例1至7的组成、结构闵子和物理件质倌
[0260]
[0261] 「表1-41实践例8、比较例1至3的组成、结构闵子和物理件质倌
[0262]
[0263]
[0264] 如表1中所示，本发明的可固化有机聚硅氧烷组合物具有带高介电官能团的化合 物的组分，并因此提供具有优异机械特性（如由断裂伸长率表示）和介电特性（如由介电 常数表示）的有机硅弹性体。此外，通过优化交联结构和无机细粒，可能的是根据所需的换 能器应用来设计材料。
[0265