电热致动器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电热致动器，尤其涉及一种使用碳纳米管纸的电热致动器。
【背景技术】
[0002] 致动器的工作原理为将其它能量转换为机械能，实现送一转换经常采用的途径有 立种；通过静电场转化为静电力，即静电驱动；通过电磁场转化为磁力，即磁驱动；利用材 料的热膨胀或其它热特性实现能量的转换，即热驱动。
[0003] 现有的热致动器通常是W聚合物为主体的膜状结构，通过电流使聚合物温度升高 并导致明显的体积膨胀，从而实现致动。热致动设备的原理决定了电极材料必须具备很好 的导电性、柔性和热稳定性。
[0004] 含有碳纳米管的复合材料已被发现可用来制备电热致动复合材料。现有技术提供 一种含有碳纳米管的电热致动复合材料，包括柔性高分子基底材料及分散在柔性高分子基 底材料中的碳纳米管。含有碳纳米管的电热致动复合材料可W导电，通电W后可发热，发热 后，所述含有碳纳米管的电热致动复合材料体积发生膨胀，进而实现弯曲致动。然而，该电 热致动复合材料的形变量有限，且响应速率较慢，不利于其进一步应用。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种可W实现较大形变量且具有较快响应速率的电热致 动器。
[0006] 一种电热致动器，其特征在于，包括至少两个致动部、至少一连接部W及至少两个 电极，所述至少两个致动部通过所述至少一连接部电连接，每一致动部及每一连接部包括 一柔性高分子层W及一碳纳米管纸，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层层叠设置，且至 少部分碳纳米管纸包埋于所述柔性高分子层中，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层的厚 度比大于等于1 ;1〇小于等于1 ;7,所述碳纳米管纸的密度大于等于0. 5g/cm3,所述柔性高 分子基体的热膨胀系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系数的10倍W上，至少两个致动部和 至少一连接部连接形成至少一导电通路，所述至少两个电极间隔设置向该导电通路引入驱 动电流，每一所述致动部中碳纳米管纸沿其电流方向的电导率大于等于lOOOS/m且小于等 于6000S/m，每一所述连接部中碳纳米管纸沿其电流方向的电导率大于6000S/m。
[0007] -种电热致动器，其特征在于，包括；至少两个致动部和至少一个连接部，所述至 少两个致动部和至少一连接部分别沿一第一方向和一第二方向延伸且连接形成至少一导 电通路，每一致动部及每一连接部包括包括一柔性高分子层W及一碳纳米管纸层叠设置， 且至少部分碳纳米管纸包埋于所述柔性高分子层中，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层 的厚度比大于等于1 ;1〇小于等于1 ;7,所述碳纳米管纸的密度大于等于0.5g/cm3,所述柔 性高分子层的热膨胀系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系数的10倍W上；W及至少两个电 极，该至少两个电极分别设置于所述导电通路的两端，且与所述碳纳米管纸电连接，向该导 电通路引入驱动电流，每一所述致动部沿所述第一方向的电导率大于等于lOOOS/m且小于 等于6000S/m，每一所述连接部沿所述第二方向的电导率大于6000S/m。
[0008] 与现有技术相比较，本发明提供的电热致动器，其包括柔性高分子基体，W及设置 于柔性高分子基体表面的碳纳米管纸，由于碳纳米管纸的密度较大，机械强度较大，可W对 柔性高分子基体具有更好的固定作用，进而使得弯曲致动的形变量较大。由于碳纳米管纸 的热导率很高，通电后可W快速升温并将热量传导给柔性高分子基体，使柔性高分子基体 受热膨胀产生致动，进而使所述电热致动器的热响应速率较高，可W达到10砂W下。另外， 通过调整电导率在大于等于lOOOS/m小于等于6000 S/m范围内的方向，可W使所述电热致 动复合材料W及电热致动器具有弯曲方向可控性。
【附图说明】
[0009]图1为本发明第一实施例提供的电热致动复合材料的立体结构示意图。
[0010] 图2为本发明第一实施例提供的电热致动复合材料伸缩前与通电伸缩后的对比 示意图。
[0011] 图3为本发明第二实施例提供的电热致动器的结构示意图。
[0012] 图4为本发明第H实施例提供的电热致动器的结构示意图。
[0013] 图5为本发明第H实施例提供的其它形状的电热致动器的结构示意图。
[0014]图6为本发明第H实施例提供的包括多个电极的电热致动器的结构示意图。
[0015] 图7为本发明第四实施例提供的电热致动器的结构示意图。
[0016]图8为本发明第五实施例提供的电热致动器的结构示意图。
[0017] 图9为本发明第五实施例提供的其它形状的电热致动器的结构示意图。
[0018] 图10为本发明第五实施例提供的具有多个导电通路的电热致动器的结构示意 图。
[0019] 图11为本发明提供的电热致动器制备方法的流程图。
[0020] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0021] W下将结合附图详细说明本发明提供的电热致动复合材料及电热致动器。
[0022] 请参考图1，本发明第一实施例提供一种电热致动复合材料100,其包括；一柔性 高分子层140 W及一碳纳米管纸120。所述碳纳米管纸120与所述柔性高分子层140层叠 设置，且至少部分碳纳米管纸120包埋于所述柔性高分子层140中。所述柔性高分子层140 的热膨胀系数为所述碳纳米管纸120的热膨胀系数的10倍W上，更优选地，所述柔性高分 子层140的热膨胀系数为所述碳纳米管纸120的热膨胀系数的100倍W上。
[0023] 所述碳纳米管纸120的厚度大于等于30微米且小于等于50微米。所述碳纳米管 纸120在平行于该碳纳米管纸120表面的一第一方向上的电导率大于等于lOOOS/m且小于 等于6000S/m。可W理解，当所述碳纳米管纸120的电导率过大时，例如，大于6000S/m，即 该碳纳米管纸120具有较小的电阻，将一预定电压(如，10V)施加于所述碳纳米管纸120时， 该碳纳米管纸120难W产生足够的热量，进而难W使所述柔性高分子层140发生热膨胀变 形；当所述碳纳米管纸120的电导率过小时，例如，小于lOOOS/m，即该碳纳米管纸120具有 较大的电阻，将所述预定电压施加于所述碳纳米管纸120时，会导致电热致动复合材料100 的热响应速度较慢。更优选地，所述碳纳米管纸120在平行于该碳纳米管纸120表面的第 一方向上的电导率在大于等于2000S/m且小于等于3500S/m。所述碳纳米管纸120的密度 在0. 5g/cm3 W上，从而使所述碳纳米管纸120的拉伸强度在SMPa W上。当所述碳纳米管纸 120的密度太小，则碳纳米管纸120的机械强度较小，不足W对所述柔性高分子层140设置 有碳纳米管纸120的一侧提供较好的固定作用，从而会使所述电热致动复合材料100在快 速热致形变的过程中碳纳米管纸120容易发生断裂。优选的，所述碳纳米管纸120的密度 大于等于0. 5g/cm3小于等于1. 2g/cm3。
[0024] 所述碳纳米管纸120包括多个基本沿同一方向延伸排列的碳纳米管，且该多个碳 纳米管在其延伸方向通过范德华力首尾相连，且所述多个碳纳米管基本平行于该碳纳米管 纸120的表面设置。所述多个碳纳米管的延伸方向与所述第一方向形成一大于等于45度小 于等于90度交叉角，从而使所述第一方向上的电导率大于等于lOOOS/m且小于等于6000S/ m。优选的，所述多个碳纳米管的延伸方向与所述第一方向形成一大于等于80度小于等于 90度的交叉角。
[00巧]本实施例中，所述碳纳米管纸120为一长为6厘米、宽为3厘米、厚度为30微米的 长方形平面结构，且所述碳纳米管纸120的拉伸强度为4Mpa左右，密度为1. Og/cm3,所述碳 纳米管纸120中碳纳米管的排列方向与所述第一方向形成一 90度夹角，且所述碳纳米管纸 120中的碳纳米管在其延伸方向通过范德华力首尾相连。
[0026] 所述柔性高分子层140为厚度大于等于270微米小于等于450微米的薄片状结 构。当所述柔性高分子层140的厚度太大时，由于该柔性高分子层140本身具有较大的机 械性能，且不利于热量快速传递到整个柔性高分子层140,故，不利于产生热致形变；当所 述柔性高分子层140的厚度太小时，由于热膨胀量与材料的体积及热膨胀系数成正比，贝U 会导致所述电热致动复合材料100产生的形变量小。所述柔性高分子层140的形状可与所 述碳纳米管纸120重叠。所述柔性高分子层140的材料应当具有良好的形状记忆效应W及 耐热性能。所述形状记忆效应是指当柔性材料升高到一定温度时，该柔性材料发生形变，而 当温度恢复到初始温度时，柔性材料的形状也恢复到初始形状。所述柔性高分子层140的 材料可W为娃橡胶、聚甲基丙帰酸甲醋、聚氨脂、环氧树脂、聚丙帰酸己醋、聚丙帰酸了醋、 聚苯己帰、聚了二帰、聚丙帰腊、聚苯胺、聚化咯及聚喔吩等中的一种或几种的组合。本实 施例中，所述柔性高分子层140为一厚度约为300微米的娃橡胶薄膜，其热