专利名称：机电致动器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及以一种机电致动器，以及实现机电致动器的方法。
背景技术：
这一部分介绍可以有助于促进对于本发明更好理解的方面。因此，这一部分的陈 述应该考虑到这种情况进行理解，并且不应该理解成对于什么是现有技术什么不是现有技 术的承认。已经开发了各种类型的机电致动器。具有多种工作性能的机电致动器需要对于最 终用于应用而不同。机电致动器倾向于具有以下特征，例如足够的结构完整性以促使重复 的致动而无需承受永久形变、用于足以致动的介电常数以及足够的灵敏度以便在施加的不 会引起过热的电压下使得能够致动。机电致动器中的这些和其他特征对于制造商提出了挑 战。
发明内容
在所述实现示例中提出了一种装置。所述装置包括第一和第二电极以及位于所述 电极之间的可极化材料层。所述可极化材料具有嵌段共聚体成分，包括弹性域嵌段和导电 域嵌段。作为示例，可极化材料层可以响应于在所述第一和第二电极之间施加的电压差来 定位以改变所述层的尺寸。作为另一种实现示例，提出了一种方法。所述方法包括提供具有嵌段共聚体成分 的可极化材料层，所述嵌段共聚体成分包括弹性域嵌段和导电域嵌段，所述层位于所述层 的相反表面上的第一和第二电极之间。所述方法附加地包括在所述第一和第二电极之间施 加电压差，引起所述层的尺寸改变。在示例中，引起所述层的尺寸变化可以包括引起层厚度 减小。作为另一个示例，引起所述尺寸变化可以包括引起所述两个相反表面的每一个表面 的尺寸增加。作为另外的示例，所述方法可以包括利用所述层尺寸中的变化来移动流体或 物体。在检查以下附图和详细描述之后，本发明的其他装置、方法、特征和优点对于本领 域普通技术人员是清楚明白的。意图是所有这些附加的装置、方法、特征和优点都包括在这 种描述中，并且落在本发明的范围之内，可以由所述权利要求来保护。
参考附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不必按比例绘制，提供这种放置 方式只是用于强调说明这些实现示例的原理。此外在附图中，贯穿不同的附图，将相似的参
3考数字分配给相应的部件。图1是示出了装置实现示例的透视图。图2是示出了图1的装置示例的另一个透视图。图3是示出了另一个装置的实现示例的径向截面图。图4是示出了图3的装置沿A-A线得到的轴向截面图。图5示出了图3-4的装置沿A-A线得到的示例，其中向外部电路施加电压用于在 第一和第二电极之间施加电压差。图6是示出了方法的实现示例的流程图。
具体实施例方式在很大范围的最终用途应用中需要能够将电能转换为机械能的机电致动器，作为 示例，所述最终用途应用包括迷你机器人和微机器人、微型飞行器、平板扩音器、微机电系 统(MEMQ、微马达、磁盘驱动器、假肢和微流体装置。这里提出了一种机电致动器，可以满足 多个高性能标准，作为示例包括高精度并且高速度的大范围迁移率、高弹性能密度、用于在 中等电压差下致动的高介电系数、以及用于持久性和可靠性的低机械疲劳率。另外，这里还 提出了 一种执行机电致动的方法。图1是示出了装置的实现示例100透视图。所述装置100包括第一电极102和第 二电极104。另外，所述装置包括可极化材料层106，位于所述第一和第二电极102、104之 间。所述可极化材料层106具有由两个相反的表面103、105之间的箭头108表示的厚度，例 如所述厚度可以是平均厚度。可极化材料层106具有嵌段共聚体成分，所述共聚体成分包 括弹性域嵌段和导电域嵌段。在所述嵌段共聚体成分中，所述弹性域嵌段物理地中断所述 导电域嵌段，使得所述导电域嵌段不能横跨所述厚度108以形成所述第一和第二电极102、 104之间的导电路径。贯穿该说明书应该这样理解以下惯例。“层”表示形成的材料本体，作为示例可以 构造为单层或者可以包括多个子层。当将第一层称作位于第二层“上面”时，所述第一层可 以覆盖所述第二层的整个表面，或者只覆盖所述第二层的一部分表面。诸如“在其上形成” 之类的术语并非倾向于引入对于与层的具体制造方法有关的任何限制，所述制造方法例如 是层转移、沉积、制造、表面处理、物理、化学或者离子键合或反应。在示例中，可极化材料层106可以具有平均厚度108，在中性态情况下所述平均厚 度范围在约10微米至约200微米之间。这里，中性态指的是其中在所述可极化材料层106 的相反两侧103、105上的两个电极102、104两端没有施加电压差。作为示例，所述第一和第二电极102、104的每一个本身可以具有约25微米或更小 的厚度，按照由箭头108表示的相同方向测量。作为示例，第一和第二电极102、104以及可极化材料层106可以一起配置用于形 成平板电容器。在一些示例中，所述可极化材料层106位于所述第一和第二电极102、104 之间，使得所述层厚度108响应于在所述第一和第二电极102、104之间电压差的施加或者 去除而变化。在示例中，所述第一和第二电极102、104可以由包括到导电碳润滑油(carbon grease)的化合物形成。例如，合适的导电碳润滑油化合物可以是美国佐治亚州的Kermesaw ITW化学公司商用的。
在所述装置示例100的操作中，所述第一和第二电极102、104可以通过导体110、 112连接到具有电压源的外部电路(未示出)。图1可以表示其中外部电路没有通电的中性 态下的装置示例100。图2是示出了图1的装置示例100的另一个透视图。图2可以表示 其中在第一和第二电极102、104之间施加了电压差而使外部电路通电的致动态的装置示 例100。如图2所示，例如，所施加的电压差可以引起可极化材料层106沿箭头202、204表 示的方向收缩。当去除所述电压差时，所述装置100可以恢复到如图1所示的中性态。因 此在装置示例100中，如图2所示，可极化材料层106可以具有小于如图1所示的平均层厚 度108的平均层厚度206。另外例如如图2所示，所施加的电压差可以引起所述可极化材 料层106沿由箭头208、210、212、214表示的一个或多个方向膨胀而横向拉伸。在示例中， 可以通过阻挡层(未示出)限制所述可极化材料106的一个或多个边缘114、116膨胀。因 此，可以作为示例将可极化材料层106的响应于第一和第二电极102、104之间施加的电压 差的横向伸长限制于以下范围内方向208和210 ；方向212和214 ；方向208-214之一。在 改变装置100的尺寸时厚度减小和横向伸长都用于将电能转换为机械能，并且促使所述装 置100用作机电致动器。例如，可以将所述层106厚度的减小用于沿方向202、204的任一 个或两个方向产生装置100的位移，同时可以将层106的横向伸长用于产生装置100沿方 向208-214的一个或多个方向的位移。在最终用途示例中，可以将沿方向202、204之一或 两个方向的收缩和所得到的位移、或者沿方向208-214的一个或多个方向的由膨胀引起的 横向伸长、或者这两者一起用于移动流体或物体(未示出)。例如，这种物体(未示出)可 以是装置的部件，所述装置例如是迷你机器人、微机器人、微型飞行器、平板扩音器、微机电 系统(MEMQ、微马达、磁盘驱动器、假肢和微流体器件。例如，当致动所述装置100时，可以将包括弹性域嵌段和导电域嵌段的可极化材 料层106的嵌段共聚体成分选择为具有增加的存储弹性能密度仏。所述弹性能密度与机电 致动器的应力和张力产生能力都有关系。对于具有实质上线性的介电性质和弹性性质的机 电致动器，所存储的弹性能密度Us可以用共公式(1)表达如下
权利要求
1.一种装置，包括第一和第二电极；以及位于所述第一和第二电极之间的可极化材料层；其中所述可极化材料具有嵌段共聚体成分，所述嵌段共聚体成分包括弹性域嵌段和导 电域嵌段。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二电极以及所述层配置用于形成平 板电容器。
3.根据权利要求1所述的装置，其中对所述可极化材料层进行定位，以响应于在所述 第一和第二电极之间施加的电压差来以改变所述层的尺寸。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二电极以及所述可极化材料层具有 相互同心的形状，所述相互同心的形状限定了内部通道；以及其中所述装置适用于响应于 所述电压差的施加沿所述内部通道推进流体。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述弹性域嵌段包括弹性低聚体，并且其中所述 弹性低聚体具有小于约IGPa的特征杨氏模量。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述共聚体是梳状共聚体，所述共聚体的主链包 括所述弹性域嵌段，并且所述共聚体在所述主链上间隔开的位置处具有齿边界，所述齿包 括所述导电域嵌段。
7.一种方法，包括提供具有嵌段共聚体成分的可极化材料层、以及位于所述层的相反表面上的第一和第 二电极，所述嵌段共聚体包括弹性域嵌段和导电域嵌段；以及在所述第一和第二电极之间施加电压差，引起所述层的尺寸改变。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述施加引起层厚度减小，并且引起所述两个相 反表面的每一个表面的尺寸增加。
9.根据权利要求7所述的方法，包括利用所述层尺寸的变化来移动流体或物体。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一和第二电极以及所述可极化材料层具 有相互同心的形状，所述相互同心的形状限定了内部通道，并且所述施加引起沿所述内部 通道推进流体。
全文摘要
一种装置，包括位于第一和第二电极之间的可极化材料层。所述可极化材料具有嵌段共聚体成分，所述嵌段共聚体成分包括弹性域嵌段和导电域嵌段。方法包括提供具有嵌段共聚体的可极化材料层，所述嵌段共聚体包括弹性域嵌段和导电域嵌段、位于所述层的相反表面上的第一和第二电极；以及在所述第一和第二电极之间施加电压差，引起所述层的尺寸改变。
文档编号B81B7/02GK102076600SQ200980125360
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月29日 优先权日2008年6月30日
发明者阿肖克·J·马里阿卡尔 申请人:阿尔卡特朗讯美国公司