电热致动器的制造方法_2

文档序号:9580843阅读:来源:国知局
膨胀系数约为 3. 1X10 VKo
[0027] 进一步的,为了使所述电热致动复合材料100具有更为快速的热致形变效果,优 选地,所述碳纳米管纸120与所述柔性高分子层140的厚度比大于等于1 ;10小于等于1 ;7。 若所述碳纳米管纸120与所述柔性高分子层140的厚度比太小,例如小于1 ;10时,则所述 柔性高分子层140受热时升温速度较慢,从而使所述电热致动复合材料100的热响应速率 变慢。若所述碳纳米管纸120与所述柔性高分子层140的厚度比太大,例如大于I ;7,由于 热膨胀量与材料的体积及热膨胀系数成正比,则所述柔性高分子层140与碳纳米管纸120 的热膨胀量相差较小,从而使所述电热致动复合材料100产生的形变量小。本实施例中,该 碳纳米管纸120与该柔性高分子层140的厚度比为1 ;9。
[002引所述电热致动复合材料100在应用时,将电压施加于该电热致动复合材料100中 碳纳米管纸120的两端,电流可通过所述碳纳米管纸120中多个碳纳米管122所形成的导 电网络进行传输。由于综合优化了所述碳纳米管纸120与所述柔性高分子层140的各种参 数,因此,所述电热致动复合材料100可W具有较高的热响应速率,其热响应速率可达10砂 W下,即该电热致动复合材料100产生180度弯曲所需要的时间可达10砂W下。此外,由 于碳纳米管的机械强度、耐弯折性较好,所W该电热致动复合材料100还具有较好的机械 性能,可W反复弯折一万次W上。
[0029] 请参阅图2,本实施例中通过导线将电源电压施加一 20伏特,0.2安培的电流于所 述电热致动复合材料100的两端,8砂后,所述电热致动复合材料100向碳纳米管一侧弯曲 180 度。
[0030] 请参阅图3,本发明第二实施例提供一种电热致动器10,包括一致动部102 W及两 个电极112。所述致动部102为由所述电热致动复合材料100直接剪裁而形成一长条状结 构,该致动部至少部分沿所述第一方向延伸。所述致动部102中的多个碳纳米管的延伸方 向与所述致动部102的长度方向基本垂直,且所述多个碳纳米管在其延伸方向上通过范德 华力首尾相连,从而使所述致动部102沿其长度方向的电导率为3000S/m左右,而沿垂直于 其长度方向的电导率为30000S/m左右。所述两个电极112的延伸方向也与所述致动部102 的长度方向基本垂直,且该两个电极112平行且间隔设置于所述致动部102的两端,并与该 致动部102中的碳纳米管纸120电连接。
[0031] 所述两个电极112的材料可W为金属、碳纳米管、导电银浆或其他导电材料,只要 确保该两个电极112能导电即可。优选的,该两个电极112应该保证其导电性几乎不受所 述致动部102的弯折的影响,或者影响比较小,如该两个电极112的材料可W为碳纳米管或 导电银浆等具有导电性能的柔性材料。可W理解,所述电极也可W为多个,根据实际需要设 计。本实施例中,所述两个电极112为铜片,所述铜片设置于所述致动部102两端。
[0032] 所述电热致动器10在使用时,可W通过导线将一电源电压施加于所述两个电极 112,此时,电流会沿所述致动部102的长度方向从一端流向另一端,从而加热所述致动部 102,由于致动部102沿其长度方向的电导率为3000S/m左右,所W在加热时所述致动部102 可W产生足够的热量并具有较快的响应速率,进而使所述电热致动器10沿所述致动部102 的长度方向可W产生快速的弯曲致动。
[0033] 请参阅图4,本发明第H实施例提供一种电热致动器20,该电热致动器20包括两 个致动部202 W及两个电极212。所述两个致动部202为由所述电热致动复合材料100直 接剪裁而形成一长条状结构,且该两个致动部202相互电连接形成一"L"状的导电通路。所 述两个电极212分别设置在所述"L"状导电通路的两端并与所述两个致动部202电连接, 并向该"L"状导电通路引入驱动电流。所述两个致动部202包括多个基本沿同一方向延伸 排列的碳纳米管,该多个碳纳米管在其延伸方向通过范德华力首尾相连。所述两个致动部 202中碳纳米管的延伸方向与电流方向的夹角均为45度,从而使所述两个致动部202中的 碳纳米管纸沿电流方向的电导率大于等于lOOOS/m且小于等于6000S/m,在通电时所述两 个致动部202均可W产生足够的热量使所述两个致动部202均沿着其电流方向进行弯曲。
[0034]所述电热致动器20也不限于仅包括两个致动部202或形成"L"状结构,也可W根 据实际需要选择多个致动部202或其他形状,只要满足该多个致动部202之间相互电连接, 并使每一致动部202中的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即可。通过改变所述导电通路的形状,可W实现不同的多功能弯曲致动。请参阅 图5,由多个致动部202相互电连接而形成的一电热致动器,该电热致动器具有一个导电通 路,两个电极212分别设置在所述导电通路的两端与所述致动部202电连接,并向该导电通 路引入驱动电流。所述多个致动部202包括多个基本沿同一方向延伸排列的碳纳米管,该 多个碳纳米管在其延伸方向通过范德华力首尾相连。
[0035]所述至少两个致动部202电连接也可W形成至少两个导电通路,此时,所述电热 致动器包括多个电极212,该多个电极212可W使所述至少两个导电通路并联连接。请参阅 图6,该电热致动器包括H个电极212和两个致动部202,H个电极212间隔设置在致动部 202的端部,当H个电极212均连接外部电源时,所述致动部202形成并联连接的两个导电 通路。
[0036]所述至少两个致动部202可W为由所述电热致动复合材料100直接剪裁而成的一 体成型结构或至少两个致动部202通过导电胶粘帖等方式粘合在一起。优选的,所述至少 两个致动部202为一一体成型结构。更优选的,所述至少两个致动部202的柔性高分子层 为一整体结构;所述至少两个致动部202的碳纳米管纸为一整体结构。
[0037]所述至少两个致动部202中碳纳米管的延伸方向与电流方向的夹角并不限于本 实施例中的45度,只要保证每一致动部202中的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即可。优选的,所述多个碳纳米管的延伸方向与所述 电流方向形成一大于等于45度小于等于90度交叉角。更优选的,所述多个碳纳米管的 延伸方向与所述电流方向形成一大于等于80度小于等于90度的交叉角。请参阅图7,本 发明第四实施例提供一种电热致动器30,该电热致动器30包括一长条形致动部302W 及两个电极312,该长条形致动部302连续地沿一第一方向和一第二方向弯折形成一" 状导电通路。所述两个电极312间隔设置在所述长条形致动部302的两端并与所述 长条形致动部302电连接,并向该"-tw."状导电通路引入驱动电流。所述长条形致动部302 包括多个基本沿同一方向延伸排列的碳纳米管,该多个碳纳米管在其延伸方向通过范德华 力首尾相连。所述第一方向与所述第二方向垂直,所述长条形致动部302中碳纳米管的延 伸方向与所述第一方向W及第二方向的夹角均为45度,从而使所述长条形致动部302中的 碳纳米管纸沿其第一方向W及第二方向的电导率均大于等于lOOOS/m且小于等于6000S/ m。在通电时所述致动部302中沿第一方向延伸的部分会沿所述第一方向弯曲,沿第二方向 延伸的部分会沿所述第一方向弯曲。
[0038]所述长条形致动部302可W为由所述电热致动复合材料100直接剪裁形成。
[0039]所述长条形致动部302中碳纳米管的延伸方向与第一方向W及第二方向的夹角 并不限于本实施例中的45度,所述第一方向与所述第二方向也不限于垂直,只要保证所 述长条形致动部302中的碳纳米管纸沿其第一方向W及第二方向的电导率均大于等于 lOOOS/m且小于等于6000S/m即可。优选的,所述多个碳纳米管的延伸方向与所述第一方向 或第二方向形成一大于等于45度小于等于90度交叉角。更优选的,所述多个碳纳米管的 延伸方向与所述第一方向或第二方向形成一大于等于80度小于等于90度的交叉角。
[0040] 所述长条形致动部302连续地沿一第一方向和一第二方向弯折形成的导电通路 的形状不限于"―Iw"状,也可W根据实际需要选择其他形状。
[0041] 请参阅图8,本发明第五实施例提供一种电热致动器40,包括两个致动部402、一 个连接部404W及两个电极412。所述两个致动部402平行且间隔设置,并通过所述连接部 404电连接,从而形成一"U"形结构的导电通路。所述"U"形结构可W为由所述电热致动复 合材料100直接剪裁而成的一体结构。所述两个电极412分别设置在所述两个致动部402 远离所述连接部404的一端,从而向该"U"形结构的导电通路引入驱动电流。
[0042] 每一致动部402中的碳纳米管纸包括多个基本沿同一方向延伸排列的碳纳米管, 该多个碳纳米管在其延伸方向通过范德华力首尾相连,且每一致动部402中碳纳米管的延 伸方向与该致动部402中电流方向形成一 90度夹角,从而使所述两个致动部402沿其电
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