聚合物换能器以及用于换能器的连接器的制造方法

聚合物换能器以及用于换能器的连接器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种包括多个导体(9，10)和一个叠层件(2，3）的换能器(8)。该叠层件包括安排在第一与第二电极(3)之间的一个介电聚合物材料(2）的膜。每个电极(3)与这些导体(9，10)中的至少一个导体导电性连通以有助于这些电极(3)之间的一个电势并且由此使该聚合物材料(2)能够响应于一个电场进行偏转。这些导体(9，10)中的至少一个导体是可弹性变形的导体，该导体包括一个导电的顺性芯(9)。该芯被包围在一个具有弹性体特性的容器(10)中。
【专利说明】聚合物换能器以及用于换能器的连接器

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包含叠层件的换能器，该叠层件具有安排在一种导电材料的第一层与第二层之间的一种介电聚合物材料的膜。导体有助于在该第一层与第二层之间施加电势，并且由于可能出现的电场，当该第一层和第二层朝向彼此或远离彼此移动时该聚合物材料发生变形。

【背景技术】
[0002]位于一个弹性体的相对表面上的两个电极之间的电势差产生一个导致吸引力的电场。其结果是，电极之间的距离变化并且该变化导致弹性体材料的压缩，该弹性体材料由此变形。此类结构可用于制造用于不同目的的换能器。当作为致动器实施时，由于与肌肉有一定的相似性它们有时被称为“人造肌肉”。它们还可以用作传感应变、偏转、温度变化、压力等的传感器，或者它们可以用作发电机用于将机械能转换成电能，有时被称为能量收获。在此我们将总体上称这些结构为换能器或聚合物换能器。
[0003]US 6，376，971披露了一种顺性(compliant)电极，该顺性电极与一种聚合物接触放置，其方式为使得，当跨电极施加电势差时，在电极之间所产生的电场使电极相对彼此收缩，从而使该聚合物偏转。
[0004]由于聚合物的变形，电极移动，并且将电极连接到电源的连接器必须始终跟随电极的运动。典型地，该连接器被制造得足够长以避免电极构成对聚合物的自由运动的约束并且因此降低设备的效率。明显地，长连接器可能缠绕在一起或者碍事。此外，随着时间的推移可能经历疲劳，从而降低连接器的电导或者连接器可能完全失效。最后，总体上难以提供电场在非常薄的电极上的均匀分布。正常地，电极的电阻是高的，并且电阻可根据聚合物的膨胀度而增加。
[0005]额外地，传统的连接器典型地仅附接到在该连接器的一个端点(即在一个单个的附接点)处的电极，因为否则该连接器将再次限制电极的运动并且由此限制聚合物的弹性变形。由于此单点附接，可能难以获得电场在典型地非常薄的电极上的均匀分布。


【发明内容】

[0006]本发明的实施例的目的是提供一种换能器、一种用于换能器的连接器、以及一种用于制造潜在地改善性能并减少现有连接器的上述缺点的换能器的方法。具体地，改善到电极或来自电极的导电率、改善电极中的分布以及改善换能器的寿命可以被看作是实施例的目的
[0007]根据第一方面，本发明提供了一种包含多个导体和一个叠层件的换能器，该叠层件包含安排在第一与第二电极之间的一个介电聚合物材料的膜，并且每个电极与这些导体中的至少一个导电性地连通以有助于电极之间的电势并且由此使该聚合物材料能够响应于电场偏转，其中这些导体中的至少一个是可弹性变形的导体，该导体包括一个导电的顺性的芯，该芯被包围在一个具有弹性体特性的容器(containment)中。
[0008]由于该芯是由顺性和导电性的材料制成，本发明用一种连接器提供了连通性，该连接器可以是可弹性变形的以匹配该膜的弹性变形性，并且至少关于该导电性芯降低了或完全避免了疲劳的风险。因此，该连接器可以跟随电极的运动而不限制膜的运动。
[0009]导电性在此是指它能够传导电流，例如具有低于10_4Ω.cm的欧姆电阻率，如铝、铜、银、或含有此类金属的合金的电阻率范围内的电阻率。
[0010]该膜的介电材料可以是一种聚合物，例如一种弹性体，如硅酮弹性体，如弱粘合硅酮。合适的弹性体是由瓦克化学公司(Wacker-Chemie)制造的Elastosil RT 625。可替代地，可以使用也由瓦克化学公司制造的Elastosil RT 622或Elastosil RT 601。作为一个替代方案，可以选择其他种类的聚合物。
[0011]在使用不是弹性体的介电材料的情况下，应当指出该介电材料应具有类弹性体特性，如在弹性方面。因此，该介电材料应是可变形到这样的程度使得由于介电材料的变形该复合物能够偏转并由此推动和/或拉动。
[0012]电极可以具有在0.01至0.Ιμπι范围内的厚度，并且膜可以具有在10 μ m与200 μ m之间的厚度，如在20 μ m与150 μ m之间、如在30 μ m与100 μ m之间、如在40 μ m与80um之间。
[0013]电极可以具有小于10_4Ω -cm的电阻率。通过提供一种具有非常低的电阻率的电极，电极的总电阻将不会变得过大，即使使用了很长的电极。
[0014]这些电极可以由金属或导电合金制成，例如由选自如银、金、以及镍的金属组成的组中的金属制成。可替代地，可以选择其他适合的金属或导电合金。电极可以使用标准的商业的物理气相沉积(PVD)技术被施用到介电膜。
[0015]膜的介电材料可以具有大于1kiQ.cm的电阻率。优选地，该介电材料的电阻率远高于这些电极的电阻率，优选高至少114-1O18倍。
[0016]该容器可以由一种弹性体，或由一种具有弹性体特性的材料(即关于导电性和弹性具有与弹性体类似的特征的材料)制成。
[0017]该顺性芯可以包括流体、油脂、凝胶、弹性体、粉末、膏剂、或它们的混合物，如在凝胶中的金属粉末。
[0018]该叠层件可包括一个具有第一表面和第二表面的介电材料的膜，至少该第一表面包括凸起的和凹陷的表面部分的表面图案。第一导电层沉积到该表面图案上并在其上形成电极。为了使复合物在一个明确定义的方向上能够伸长，即为了提供顺性，该电极具有波纹形状，该波纹形状使得该导电层在纵向的长度长于该叠层件在该纵向的长度。电极的波纹形状从而有利于使该叠层件可在纵向上拉伸而不会将电极在该方向上拉伸，而是仅仅将电极的波纹形状拉平。电极的波纹形状可以是该膜的表面图案的复制品。
[0019]由于电极被沉积到膜的表面图案上并通过它的形状形成，可以定义该电极的波纹的非常精确的形状，并且可以通过在膜上的表面图案的适当的设计来提供朝向在特定方向上变形而改进的顺性。因此，当在换能器内使用叠层件时，该叠层件可以有助于增加致动力、或总体上增加机械能与电能之间的转化率，增加寿命以及改进反应时间。
[0020]叠层件在顺性方向上的顺性可以比其在非顺性方向(即垂直于顺性方向)上的顺性大至少50倍。
[0021]在一个实施例中，该叠层件可以包括多层复合物，例如通过将膜各自与至少一个电极一起安排在一个堆叠中并通过在该堆叠中的每个相邻电极之间施加一个电势差使得这些层朝向彼此偏离并且它们同时被拉平。由于膜的特性，这可能将这些层结合在一起。作为一个替代方案或另外地，这些层可以通过安排在每个层之间的粘合剂结合。粘合剂应优选选择不削弱该多层结构的顺性。因此，可以优选地选择相同的材料用于膜和粘合剂，或者至少选择具有的弹性模量小于膜的弹性模量的粘合剂。
[0022]该多层复合物中的这些复合物层应该优选相同的以保证当施加电场时，该多层复合物所有的层均匀变形。此外，可能的优势是以如下的方式提供每个层的波纹图案，使得一个层的波峰接近相邻层的波峰，或者使得一个层的波峰接近相邻层的波谷。
[0023]该容器可以是导电的并且可以将顺性芯与电极分离以实现从该芯穿过容器到电极的导通，由此该容器可以有能力保护并固定该芯，而同时使得能够从芯到电极进行传导。
[0024]该导体可以形成为细长体状的传统电线。在另一个实施例中，该导体可以形成为圆形、椭圆形、或适合于与这些电极之一建立电连通的另外形状的袋。
[0025]在一个实施例中，该叠层件可以安排成螺旋配置，并且可由此形成在两个端面之间具有沿轴向延伸的本体的一个卷状体。因此，该叠层件的一个很长的长度由此可以处于一种更大幅度压缩的形式，而同时具有多层复合物。
[0026]电极可具有各向异性的伸缩性，或各向异性的顺性。该各向异性的顺性/伸缩性可能是由可形成在波形表面图案上的电极所引起的。这种表面图案可以创造一种电极，该电极在一个方向上的长度实质上长于该叠层件原样的长度，并且该叠层件因此可以在一个方向上拉伸而不拉伸该电极。这提供了在此方向的顺性，即各向异性的伸缩性。相反，在其他方向上缺乏顺性也可以由相同的电极提供，因为它是比膜实质上更少可弹性变形的。电极的弹性模量与膜的弹性模量之间的比值可以是大于200。
[0027]在一个实施例中叠层件可相对于各向异性的伸缩性进行卷绕使得电场引起该卷状体的径向膨胀或收缩。
[0028]为了促进导体与电极之间的导电性连通，该容器可围绕这些端面中的一个接触面形成。在一个实施例中，该第一和第二电极可以各自在卷状体的一个端面上接触该容器，由此能够使卷状体响应于电场(即卷状体的两个端面之间的电势)径向膨胀或收缩。
[0029]该叠层件可形成为使得这些电极之一形成为膜的边缘，使得电极延伸到所接触的端面，使得该容器的外表面与端面可以位于一个平面内并与在该端面上封端的电极电接触。
[0030]另一个电极可以相反地形成为在相反的方向的膜的边缘，使得该电极延伸到另一个接触端面，由此有利于该另一个电极与另一个导体之间的接触。由此这两个电极都仅延伸至膜的一个边缘(即相对边缘)，使得每一个电极仅与一个导体相接触。在膜的中间部分，存在这些电极的重叠部分，其中该膜能够在电极之间变形。
[0031]为了促进电极与导体之间的接触，该顺性芯可以与该第一和第二电极之一的表面直接接触。这可以通过提供在该容器内的孔来促进，该孔被安排在卷状体的接触端面处。
[0032]在另一个实施例中，该叠层件可以垂直于各向异性的伸缩性进行卷绕，由此电场引起卷状体的纵向膨胀或收缩。
[0033]在又另一个实施例中，叠层件可沿着该叠层件的长度被折叠以具有减小长度的多层复合物。
[0034]该容器的电导(G(I/V))可在顺性芯的电导(G)的I至50百分比的范围内。
[0035]该容器的弹性伸长可在膜的弹性伸长的10至200百分比的范围内。‘弹性伸长’在此是指，在不使聚合物材料永久变形的情况下可以达到的伸长百分率。
[0036]在一个实施例中，该容器和膜可包含相同的聚合物材料。
[0037]该顺性芯可包括在室温下为液体的金属。该导体因此可以在更低的温度下制造，在该温度下该金属是固体以有利于该容器的定位使得它包围该芯。随后，该导体可以安排在室温下，由此该芯变成液体。
[0038]附加地，该顺性芯可包括选自由以下各项组成的组中的材料:铝、铜、镍、银、碳、汞、以及它们的组合。如上所述，该芯可以包括流体、油脂、凝胶、弹性体、粉末、膏剂、或它们的混合物，如在凝胶中的金属粉末，或导电性碳粉末。
[0039]此外，该顺性芯可包括一种无定形合金，即一种非晶体合金。这些合金可以含有显著不同大小的原子，导致在液态下的低自由体积。此外，这些合金在加热时软化并流动。
[0040]在一个实施例中，该容器可以是管状的，具有在轴向方向上延伸的内腔。
[0041]该容器的截面可沿轴向方向变化。作为一个实例，该截面可以是基本上圆形的，具有增加和减少的面积，该外表面为波形的。这可能具有的优点在于，该容器可以被拉长而不降低在最薄的位置处内腔的截面面积。当导体被拉伸时，容器通过减小该容器最厚的位置上的截面面积来变形，使得在这些位置上的截面面积可以被减小。
[0042]应当理解，该截面面积可以是任何形状，即该容器可具有垂直于轴向方向的非圆形截面。
[0043]为了减少从该容器渗漏的危险，如果该容器被打破或以任何其他方式被破坏，该容器可形成多个隔室，每个隔室包围一个顺性芯。由此可以确保，在容器损坏的情况下只有从单个隔室的顺性芯或其部分渗漏。
[0044]为了有利于该可变形的导体贯穿总长度是载流的，每个顺性芯可以是通过该容器的导电性与相邻顺性芯处于电连通。
[0045]此外，该容器可以仅含有顺性芯，例如通过确保该容器不含有气泡或类似物，因为这样的气泡可能阻碍或减少沿该导体的长度的载流。气泡可能尤其是在导体的膨胀过程中的一个问题，因为其截面面积在膨胀过程中可以减少。
[0046]也可以通过选择一个顺性芯来有利于贯穿导体的长度的电连通，该顺性芯包括一种不可压缩的介质(如一种液体或一种粉末)，因为该不可压缩的介质在其膨胀过程中也可沿导体的全长延伸。
[0047]该换能器此外可以包括一个控制系统，该控制系统能够确定导体的电特征并由其确定导体的伸长度。作为一个实例该电特性可以是电阻、电容、电感、或其组合。
[0048]在换能器的一个实施例中，这些导体中的至少一个可以基本上沿顺性方向的与这些电极之一导电连通以使该聚合物材料能够响应于电场进行偏转。因此，导体本身可以连同叠层件一起膨胀和收缩。当该导体平行于顺性方向放置以及与顺性方向在+/-45度之内放置时，该导体可以沿顺性方向导电地连通。
[0049]该叠层件可以沿顺性方向卷绕以形成一个卷状体，使得电场引起该卷状体的径向膨胀或收缩。如果该换能器包括这些导体中的至少一个与基本上沿顺性方向的电极之一的导电连通，它可能由此确保该导体不限制卷状体的运动，因为可弹性变形的导体可以连同叠层件一起膨胀和收缩。
[0050]为实现电极之间的电势，该导体可被连接到一根传统导线。这样传统导线与可弹性变形的导体相比是刚性的，在接头周围由于张力的集中可能发生应力。这种应力可能削弱该接头。
[0051]该导体可以包括促进功能并具有不同弹性特性的至少两个不同部分。在此这两个部分被称为一个主要部分和一个过渡部分。该过渡部分可有利于该可弹性变形的导体与传统的非可弹性变形的导线的连接，并且该过渡区可以是比主要部分更少可弹性变形的。该导体的主要部分应被理解为粘性和/或电联接至这些电极之一的该导体的部分。还应当理解的是，主要的不是与大小相关，因为在一些实施例中导体的主要部分可以大于过渡区而在其他实施例中可能小于过渡区。
[0052]如果导体形成为细长体，过渡区域在此可以形成为一个延伸部。此外，一种以袋状形成的导体(例如具有圆形形状)可包括沿导体的圆周或其一部分形成为凸缘的过渡区。
[0053]根据第二方面，本发明提供了一种含有导电顺性芯的导体，该导电顺性芯被包围在一个由弹性体制成的细长的容器内，其中该弹性体是导电的。
[0054]应理解的是，根据本发明的第二实施例的导体可包括与本发明的第一实施例相关的以上提及的任何特征，因为这些特征同样可以适用于本发明的第二方面的导体。
[0055]根据第三方面，本发明提供了一种制造用于电活性聚合物换能器的导体的方法，该方法包括以下步骤:
[0056]-提供一种芯材料；
[0057]-使该芯材料成为固态；
[0058]-通过在该芯周围固化一种聚合物材料将一个容器模制到该芯材料上；以及
[0059]-使该芯材料成为液态。
[0060]应当理解的是，本发明的第一和第二方面的特征同样可以适用于根据本发明的第三方面的方法。

【专利附图】

【附图说明】
[0061]现将参考附图来进一步说明本发明的实施例，其中:
[0062]图1a和Ib展示了叠层件的一个实例，
[0063]图2a和2b展示了连接到叠层件的导体的一个实例，
[0064]图3a和3b展示了连接到叠层件的导体的一个实例，
[0065]图4a和4b展示了一种包括连接到根据本发明的叠层件的导体的换能器，
[0066]图5a和5b展示了卷绕的叠层件的两种不同的配置，
[0067]图6a_6d展示了换能器的不同实施例，
[0068]图7a_7d展示了具有保护性涂层的图6a_6b的换能器，
[0069]图8a和Sb展示了一种包含连接到卷绕的叠层件的导体的换能器，
[0070]图9展示了一种包含连接到卷绕的叠层件的替代性实施例的导体的换能器，
[0071]图10展示了一种包含含有过渡区的导体的换能器，该导体连接到卷绕的叠层件，
[0072]图11展示了一种包含含有过渡区的导体的换能器，该导体连接到叠层件，
[0073]图12和图13展示了多种导体，以及
[0074]图14a_14c展示了一种导体。

【具体实施方式】
[0075]应当理解的是，详细说明和具体实例虽然表明了本发明的实施例，但它们仅仅是通过展示的方式给出的，因为从这种详细说明中本发明的精神和范围内的不同变化和修改对于本领域的那些技术人员而言将变得很清楚。
[0076]图1a和Ib展示了包含安排在第一与第二电极3、4之间的介电聚合物材料的膜2的叠层件I。在图1a中叠层件I暴露于零电势差，而在图1b中叠层件I暴露于高电势差。如在图1b中所示，当暴露于电势差时，膜2是膨胀的，而电极3、4是拉平的。
[0077]叠层件I包括由具有上表面和下表面的介电材料制成的膜2，该上表面和下表面具有凸起的和凹陷的表面部分的图案，由此形成该表面的所设计的波纹轮廓。一个导电层已被施用到上表面和下表面，将导电材料沉积使得该导电层根据凸起的和凹陷的表面部分的图案形成，由此在膜2的相对侧形成第一和第二电极3、4。就日常的物理事物而言，膜2在一些方面类似于家用包装膜。它具有类似的厚度并且是可比较地柔韧的和软的。然而，它比这种膜更具有弹性，并具有明显的机械各向异性，如将在下面进行说明。
[0078]介电材料可以是具有相似特征的弹性体或其他材料。
[0079]由于凸起的和凹陷的表面部分的图案，电极3、4可以随着膜2膨胀而拉平，并随着膜2沿由箭头5所定义的方向收缩而恢复其原始形状而不会对电极3、4造成损坏，这个方向由此定义了顺性的方向。因此，叠层件I被适配为形成一个能够承受大的应变的顺性结构的一部分。
[0080]如上所述，在导电层沉积之前，波状表面轮廓被直接压印到或模制到介电膜2中。该波纹允许使用高弹性模量的电极材料(如金属电极)制造顺性复合物。这可以无需向介电膜2施用预拉伸或预应变同时施用该导电层(即电极3、4)而获得，并且最终复合物I的波形轮廓不依赖于介电膜2中的应变，也不依赖于电极3、4的弹性或其他特征。因此，该波纹轮廓以一种一致的方式基本上在膜2的整个上表面和下表面被复制，并且有可能控制该复制。此外，这种方法提供了一种使用标准复制和卷对卷涂覆的可能性，由此使得该方法适合于大规模生产。例如，电极3、4可以使用标准的商业物理气相沉积(PVD)技术施加到介电膜2的上表面和下表面。这种方法的一个优点是，各向异性是通过设计确定的，并且实际的各向异性是作为波纹轮廓(设置在膜2的表面上)的特征以及遵循波纹轮廓的电极3、4的结果而得到的。
[0081]在图1a和Ib中所示的叠层件I被设计为具有在由箭头5定义的方向上的在膜2的顺性范围内的顺性，并在由箭头6定义的方向上在电极3、4的刚性范围内的刚性。在图1a和Ib中，顺性方向是沿着复合材料I的长度。
[0082]图2a和2b展示了连接到叠层件I的导体7a、7b，这些导体7是与电极3、4导电连通的以便促进在这些电极之间的电势并且从而使膜2的偏转能够响应于电场。导体7在该叠层件约束的方向上连接到该膜，即垂直于由箭头5所示的顺性方向。因此，该导体7通常由刚性材料，如铝合金、铜箔、及类似物制成。然而，这种连接的一个缺点是沿着顺性方向的电阻可能会变得过高，尤其是当叠层件长的时候。
[0083]图3a和3b展示了连接到叠层件I的导体7a、7b，这些导体7是与电极3、4导电连通的以便促进在这些电极之间的电势并且从而使膜2的偏转能够响应于电场。导体7在该叠层件顺性的方向上连接到叠层件I (由箭头5表示)。因此，当在电极3、4之间的电势引起偏转时，导体7必须是可拉伸的以便能够追随膜2在纵向的偏转，即沿着顺性长度。通常地，导体7由具有电阻的软的、可拉伸的导电聚合物制成，这导致系统的高电阻即使电极的电阻非常低。
[0084]图4a和4b展示了包括连接到根据本发明的层叠体I的导体7a、7b的换能器8。导体7是与电极3、4导电连通的以便促进在该电极之间的电势并且从而使膜2的偏转能够响应于电场。导体7在该叠层件顺性的方向上连接到叠层件I (由箭头5表示)。为了获得能够承载电流沿着叠层件的长度进入电极的可拉伸的导体7，该导体7包括包围在具有弹性体特性的容器10中的导电顺性芯9。即使容器10是由具有高电阻的弹性体材料制成的，由于容器10的低厚度与具有低电阻的导电芯9的结合，所得的导体7的电阻是低的。该芯可以由液体或粉末，例如在凝胶中的碳粉末或金属粉末制成。因此，容器10可封装该顺性芯9。
[0085]因此，该系统可以被设计为具有在拉伸该叠层件的过程中基本恒定的电阻，因为由于拉伸，芯的电阻增加并且当容器被拉伸时容器的电阻减小。
[0086]图5a和5b展示了卷绕的叠层件I的两种不同的配置。如图5a所示，顺性方向(见箭头5)是沿着该叠层件I的长度，而图5b的顺性方向是横穿叠层件I。这是由图5a中横穿复合材料I以及图5b中沿复合材料I的细线指示的，这些细线代表形成波纹轮廓的凸起和凹陷表面部分的图案。叠层件I可以很长的长度来制备，即所谓的“无尽”叠层件其中可以如图5a和5b中所示的被存储为线轴。此种半成品可被用于换能器以及类似物(例如致动器)的生产中。
[0087]图6a_6d展示了换能器8的不同实施例，其中换能器8a是最简单的一个。换能器8a-8d全部包括卷绕的叠层件I和导体7。在图中仅示出了一个导体7，因为其他导体与位于卷绕的叠层件的另一端的电极导电连通。在图中仅示出了电极3、4中的一个，因为只有该第一电极3在膜2的边缘上形成，使得电极3延伸到卷绕的叠层件的接触端面，使得容器10(未示出)的外表面与该端面位于一个平面并与在该端面处终止的电极3电接触。
[0088]另一个电极4 (未示出)相反在膜2的边缘在相反的方向上形成，使得该电极延伸到另一个接触端面，由此有利于该另一个电极4与另一个导体(未示出)之间的接触。由此这两个电极3、4仅延伸到膜的一个边缘(即相对边缘)这样使得电极3、4中的每一个仅与一个导体7接触。在膜2的中间部分，存在这些电极的重叠部分，其中膜2可以在电极3、4之间变形。
[0089]换能器8a包括具有电导G的导电芯9，以及包括膜2和电极3的卷绕的叠层件I。
[0090]在图6b中，换能器Sb这样形成使得导体7的顺性导电芯9的一部分被放置在卷绕的叠层件I的膜2与电极3之间。非导电性弹性密封件11设置在凹槽中。
[0091]在图6c中，导电容器10设置在卷绕的叠层件I的端面处。导电容器10的一部分此外被放置在卷绕的叠层件I的膜2与电极3之间的凹槽中。
[0092]在图6d示出的换能器8d的实施例中，一个附加的导电容器13设置在卷绕的叠层件I的端面处。
[0093]图7a_7d展不了图6a_6b的换能器8a_8b,具有封装该导体和该叠层件的端面的一个保护性涂层14。
[0094]图Sb展示了包括连接到卷绕的叠层件I的导体7的一个换能器8。图8a展示了在连接导体7之前的卷绕的叠层件I。在图示的实施例中，导体7具有细长结构。由于导体7的弹性可变形性，它可以进行卷绕和弯曲(参见图Sb)以确保与电极(未示出)的导电连通。
[0095]如图所示，该叠层件相对于由细线所示的各向异性的伸缩性进行卷绕使得电场引起由箭头5所示的卷状体的径向膨胀或收缩。由于导体7是可弹性变形的，可以确保导体7不限制卷状体的运动，因为导体7连同卷绕的叠层件I 一起膨胀和收缩。
[0096]为了实现电极之间的电势，导体7通过接头15连接到传统导线14。
[0097]图9展示了包括导体7的换能器8的另一个实施例，该导体7连接到在纵向方向上卷绕的叠层件1，由此电场引起如由箭头5所示的卷状体的纵向膨胀或收缩。由于导体7是可弹性变形的，导体7连同卷绕的叠层件I 一起膨胀和收缩。
[0098]为了实现电极之间的电势，导体7通过接头15连接到传统导线14。
[0099]图10展示了包括导体7和卷绕的叠层件I的一个换能器8。换能器8与在图8a和8b中示出的换能器相似。为了实现电极之间的电势，导体7通过接头15连接到传统导线14。
[0100]这样相比可弹性变形的导体7，传统导线14是刚性的，由于张力的集中在接头周围可能发生应力。此类应力可能使该接头削弱。
[0101]导体7因此包括两个不同的部分，主要部分V和过渡部分16。过渡部分16有助于可弹性变形的导体7与传统的非可弹性变形的导线14的连接。该过渡区16是比主要部分V更少可弹性变形的。导体的主要部分V是粘性和/或电耦合至这些电极之一(未示出)的导体7的部分。
[0102]图11展示了包括导体7的换能器8的另一个实施例，该导体7具有用于连接传统导线14的过渡区16。
[0103]图12和图13展示了包括包围在容器10内的顺性芯9的导体7。导体7通过接头15连接到传统导线14。过渡区16在这些图中未示出。
[0104]在图12和13中，容器10包括两个隔室，各自包括一个顺性芯9。在图13中，在该容器内设置有开口以允许顺性芯9与电极(未示出)之间的直接接触。
[0105]图14a_14c展示了一种导体7。图14a和14b展示了如何组装导体7的一个实例，该导体包括包围在一个容器(具有通过接头15的传统导线14)内的顺性芯9。
[0106]在图14c中，展示了导体7连同叠层件(未示出)一起是如何响应于电场而引起该叠层件的膨胀。
【权利要求】
1.一种包含多个导体和一个叠层件的换能器，该叠层件包含安排在第一与第二电极之间的一个介电聚合物材料的膜，并且每个电极与这些导体中的至少一个导体导电性连通以有助于这些电极之间的一个电势并且由此使该聚合物材料能够响应于一个电场进行偏转，其中这些导体中的至少一个导体是可弹性变形的导体，该导体包括一个导电的顺性芯，该芯被包围在一个具有弹性体特性的容器中。
2.根据权利要求1所述的换能器，其中该容器是导电的并且将该顺性芯与该电极分离以使能够通过该容器从该芯到该电极导电。
3.根据权利要求2所述的换能器，其中该叠层件被安排成一种螺旋配置并且由此形成在两个端面之间具有一个沿轴向延伸的本体的一个卷状体。
4.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中这些电极具有各向异性的伸缩性。
5.根据权利要求3和4所述的换能器，其中该叠层件是相对于该各向异性的伸缩性进行卷绕使得一个电场引起该卷状体的径向膨胀或收缩。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的换能器，其中该容器围绕这些端面中的一个接触面形成。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的换能器,其中这些电极之一形成该膜的一个边缘，使得该电极延伸到该接触端面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该顺性芯与这些第一和第二电极之一的表面直接接触。
9.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该容器的电导G(I/V)是在该顺性芯的电导G的I至50百分比的范围内。
10.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该容器的弹性伸长是在该膜的弹性伸长的10至200百分比的范围内。
11.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该容器和该膜包含相同的聚合物材料。
12.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该顺性芯包括一种在室温下为液体的金属。
13.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该顺性芯包括选自由以下各项组成的组中的一种材料:铝、铜、镍、银、碳、汞、以及它们的组合。
14.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该顺性芯包括一种无定形合金。
15.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该容器是管状的，具有在轴向方向上延伸的一个内腔。
16.根据权利要求15所述的换能器，其中该容器具有沿轴向方向变化的截面。
17.根据权利要求15或16中任一项所述的换能器,其中该容器具有垂直于该轴向方向的一个非圆形截面。
18.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该容器形成多个隔室，每个隔室包围一个顺性芯。
19.根据权利要求18所述的换能器，其中每个顺性芯通过该容器的导电性与相邻的顺性芯电连通。
20.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该容器仅包含该顺性芯。
21.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该顺性芯包括一种不可压缩的介质。 21.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，进一步包括一个控制系统，该控制系统能够确定该导体的电特征并由该电特征确定该导体的伸长度。
22.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中这些导体中的至少一个导体与这些电极之一基本上沿一个顺性方向导电连通以使该聚合物材料能够响应于一个电场进行偏转。
23.根据权利要求22所述的换能器，其中该叠层件是沿该顺性方向卷绕以形成一个卷状体，使得一个电场引起该卷状体的径向膨胀或收缩。
24.根据前述权利要求中任一项所述的换能器，其中该导体包括比该导体的一个主要部分更少可弹性变形的一个过渡区。
25.一种导体，包括一个被包围在一个由弹性体制成的细长的容器内的导电顺性芯，其中该弹性体是导电的。
26.—种制造用于电活性聚合物换能器的导体的方法，该方法包括以下步骤: -提供一种芯材料； -使该芯材料成为固态； -通过在该芯周围固化一种聚合物材料将一个容器模制到该芯材料上；以及 -使该芯材料成为液态。
【文档编号】H01L41/083GK104205386SQ201380019131
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月12日 优先权日:2012年2月14日
【发明者】艾伦·大卫·普尔, 雅各布·欧巴克 申请人:丹佛斯聚能公司