电致动材料及电致动器的制造方法_2

文档序号:9454675阅读:来源:国知局
酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈等中的一种或几种的组合,但不局限于这些材料。所述第一材料层13的长度和第二材料层15的长度之和小于或等于基体材料层17的长度。本实施例中优选第一材料层13的长度和第二材料层15的长度均为基体材料层17的长度一半。所述第一材料层13和第二材料层15的厚度可以为I μπι?5mm ο
[0029]在本实施例中优选地,聚合物材料为双向拉伸聚丙烯,厚度为35μπι。具体地,所述第一材料层13和第二材料层15的聚合物材料为双向拉伸聚丙烯,长度为45mm,宽度为18mm,厚度为 35 μ m。
[0030]所述第一粘结剂层14和第二粘结剂层16的粘结剂可以为光固化胶、热固化胶和非导电性固化胶中的一种或几种的组合,可以为聚乙烯醇、α-氰基丙烯酸乙酯、亚克力胶,但不局限于这些材料。所述第一粘结剂层14和第二粘结剂层16的厚度可以为I μπι~0.5_。在本实施例中优选地,粘结剂为亚克力胶,厚度为5 μπι。所述第一粘结剂层14的长度和第二粘结剂层16的长度之和小于或等于基体材料层17的长度。
[0031]本实施例中优选第一粘结剂层14的长度和第二粘结剂层16的长度均为基体材料层17的长度一半。具体地,所述第一粘结剂层14和第二粘结剂层16的粘结剂为亚克力胶,长度为45mm,宽度为18mm,厚度为5 μ m ;
所述基体材料层17为碳基材料层,可以为石墨,碳纳米管,石墨烯,碳纤维和它们衍生物中的一种或两种以上的混合,但不局限于这些材料。所述碳基材料层为薄膜结构,其中碳基材料构成导电导热网络。所述基体材料层17的厚度可以为0.1 μηι~1_。
[0032]在本实施例中优选地,碳基材料为碳纳米管纸,厚度为7 μ m。具体地,所述基体材料层17为碳纳米管纸,长度为90mm,宽度为18mm,厚度为7 μ m。
[0033]本发明提供一种S型电致动器100,其包括至少一第一电极11、至少一第二电极12和所述电致动材料10,所述至少一第一电极11与至少一第二电极12间隔设置于所述电致动材料10的基体材料层17的表面上,并与所述基体材料层17电连接,用于将外部电流输入至基体材料层17中。
[0034]在所述第一电极11及第二电极12通电时,S型电致动器100具有复合层的特定部位会分别向2个方向弯曲,使得致动器整体形成S型弯曲。具体的,S型电致动器100的电致动材料10对应设有复合层的特定部位发生弯曲,由于第一复合层和第二复合层分别设于基体材料层17的上下两个相对的表面,第一复合层对应的部位和第二复合层对应的部位分别向2个方向弯曲,使得致动器整体形成S型弯曲。
[0035]所述第一电极11,第二电极12可以为棒状、条状、块状或其他二维及三维形状,其截面的形状可以为圆形、方形、梯形、三角形、多边形或其它不规则形状。该第一电极11与第二电极12的材料可选择为金、银、铜、铜合金、铂、铂合金、碲、钢、铁、锌、钨、钼、氧化铝、氧化铟锡、氧化锌、导电性聚合物、石墨或其他导电碳材料、其他可用于固体的导电材料等。
[0036]在本实施例中优选地,所述第一电极11,第二电极12的材料为铜,形状为长条状,宽度为1mm,长度为18mm,间距为90mm ;
所述S型电致动器100在应用时,将电压通过第一电极11与第二电极12施加于该S型电致动器100的基体材料层17的两端,电流可通过上述基体材料层17进行传输。由于基体材料层17电导率高,焦耳热效应使第一材料层13,第二材料层15的温度快速升高,热量从所述基体材料层17的周围快速地向整个电致动器扩散,由于第一材料层13,第三材料层15的热膨胀系数大于基体材料层17的热膨胀系数,从而使得加热后它们材料伸长的长度不一致,且基体材料层17与第一材料层13,第二材料层15通过粘结剂层紧密结合在一起,所以受热伸长时不会产生相对滑动,进而导致该S型电致动器100的左右两个部分分别向基体材料层17不同的两侧弯曲,并且由于第一材料层13与第二材料层15间隔设置并不相连,从而形成一个S型的弯曲形变,具体如图2所示。
[0037]以往的电致动器绝大多数都是受电激励后整体产生同一个方向的弯曲形变,与之相比,本发明的S型电致动器100可通过先进结构设计与制备,使得第一材料层13(加上第一粘结剂层14)位于基体材料层7的一侧,第二材料层15 (加上第二粘结剂层16)位于基板材料层17的另一侧,从而使得该致动器在通电之后,由于不同材料层之间的热膨胀系数差导致该致动器的不同部位分别向不同的两侧发生弯曲,这种多功能致动器在以往的致动器中鲜见报道,从而大大拓宽了致动器的功能性和多样性。
[0038]本发明所述S型电致动器100的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:形成一由碳基材料薄膜构成基体材料层;
如步骤一所述的碳基材料薄膜,形成所述碳基材料薄膜的方法包括真空抽滤法,滚筒拉膜法等方法,但不局限于上述方法。在本实施例中,制备碳纳米管纸的方法为滚筒拉膜法。
[0039]步骤二:形成由已聚合完成的聚合物薄膜构成的聚合物材料层;
如步骤二所述的聚合物材料薄膜,形成所述聚合物材料薄膜的方法根据第一材料层、第二材料层聚合物材料单体种类的不同分为包括缩聚反应、聚加反应、自由基聚合反应、阴离子聚合反应或阳离子聚合反应。在本实施例中,利用缩聚反应形成聚丙烯薄膜,再对聚丙稀薄膜进行双向拉伸,形成双向拉伸聚丙稀薄膜。
[0040]步骤三:将作为粘结剂层的粘结剂均匀覆盖在由聚合物薄膜构成的聚合物材料层上,分别形成第一复合层和第二复合层;
如步骤三所述的粘结剂层,将粘结剂层均匀分布在第一材料层、第二材料层上的方法包括旋涂法,提拉法,涂抹法等,但不仅局限于上述方法。在本实施例中,采用提拉法将亚克力胶均匀覆盖在双向拉伸聚丙烯薄膜上,形成粘结剂层,进而形成对应的复合层。
[0041]步骤四:通过粘结、压合等方式将第一材料层的聚合物材料薄膜与基体材料层的碳基材料薄膜组合在一起。也就是说,通过粘结剂层采用粘结、压合的方式将第一复合层设于基体材料层上表面(或者下表面)的一端。
[0042]步骤五:将步骤四获得的复合材料翻转后,通过粘结、压合等方式将第二材料层的聚合物材料薄膜与基体材料层的碳基材料薄膜组合在一起。也就是说,通过粘结剂层采用粘结、压合的方式将第二复合层设在与第一复合层相对的下表面(或者上表面)的另一端。
[0043]步骤六:用导电胶将第一电极、第二电极分别与碳基材料薄膜形成的基体材料层结合起来。
[0044]实施例2:
如图3或图4所示,本发明公开一种电致动材料20,其包括第一复合层、第二复合层和基体材料层27,所述第一复合层设于基体材料层27 —端的表面上,所述第二复合层设于基体材料层27另一端的表面上,所述第一复合层和第二复合层间隔设在基体材料层的同一表面上。所述第一复合层包括第一材料层23和第一粘结剂层24,第一材料层23和第一粘结剂层24具有相同的长度和宽度,所述第一材料层23通过第一粘结剂层24层叠设于基体材料层27表面的一端;所述第二复合层包括第二材料层25和第二粘结剂层26,第二材料层25和第二粘结剂层26具有相同的长度和宽度,所述第二材料层25通过第二粘结剂层26层叠设于基体材料层27表面的另一端;所述第一材料层23和第二材料层25的热膨胀系数大于基体材料层27的热膨胀系数,所述第一材料层23、第二材料层25均为聚合物材料层,所述基体材料层27为碳基材料层。
[0045]所述第一材料层23和第二材料层25为聚合物材料,可以为双向拉伸聚丙稀,聚丙烯,聚乙烯,硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈等中的一种或几种的组合,但不局限于这些材料。所述第一材料层23的长度和第二材料层25的长度之和小于基体材料层27的长度。本实施例中第一材料层23的长度和第二材料层25的长度均小于基体材料层27的长度一半,且第一材料层23的长度等于第二材料层15的长度。所述第一材料层23,第二材料层25的厚度可以为I μπι?5mm。
[0046]在本实施例中优选地,聚合物材料为双向拉伸聚丙烯,厚度为35μπι。具体地,所述第一材料层23和第二材料层25的聚合物材料为双向拉伸聚丙烯,长度为30mm,宽度为18mm,厚度为 35 μ m。
[0047]所述第一粘结剂层24和第二粘结剂层26的粘结剂可以为光固化胶、热固化胶和非导电性固化胶中的一种或几种的组合,可以为聚乙烯醇、α-氰基丙烯酸乙酯、亚克力胶,但不局限于这些材料。所述第一粘结剂层24的长度和第二粘结剂层26的长度之和小
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