一种介电弹性体堆叠驱动器制作工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于介电弹性体驱动领域，涉及一种将单壁碳纳米管作为电极的可复现的介电弹性体堆叠驱动器制作工艺。
【背景技术】
[0002]近年来，介电弹性体驱动器作为一种人工肌肉驱动器，以其功率密度大、电致伸缩变形量大、能量转换效率高等优点，在航空航天、机器人、医疗等领域有广泛的应用前景。目前使用的介电弹性体变形材料聚丙烯酸在使用时需要双向预拉伸，为了保持拉伸状态需要在拉伸方向提供预紧机构，因此普通的聚丙烯酸薄膜无法用于堆叠型的驱动器研制。在堆叠驱动器研究方面，瑞士联邦材料测试与开发试验室取得了较好的成果，其堆叠驱动器使用互惯聚合物网络处理后的聚丙烯酸薄膜(简称IPN薄膜)作为变形材料，使用沉积碳黑作为电极。驱动器的输出力达到30N，变形率达到18%，该驱动器采用碳黑作为电极，利用移印的方式将炭黑电极移印到介电弹性体薄膜上。这样得到的炭黑电极与其上侧薄膜不易实现充分贴合，使得驱动器在工作时容易出现放电现象，导致驱动器失效，降低了堆叠驱动器的使用寿命。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种操作简单，堆叠速度快，堆叠精度高，贴合性和稳定性好，制作成本低，驱动器不容易出现放电现象，使用寿命长的介电弹性体堆叠驱动器制作工艺。
[0004]本发明解决上述技术问题采用的技术方案是:一种介电弹性体堆叠驱动器制作工艺，其特征是:包括以下步骤:首先在介电弹性体IPN薄膜上喷涂单壁碳纳米管溶液；待溶液干燥后，将载有规律分布有单壁碳纳米管沉积电极的整张IPN薄膜转移至模具上，利用激光切割机对整张IPN薄膜进行切割分离，加工成若干个堆叠驱动单元，每一堆叠驱动单元上含有一个单壁碳纳米管沉积电极；用堆叠工具将堆叠驱动单元逐一上下堆叠，并用切刀整形；最后，装上电极导线，完成堆叠驱动器的制作。
[0005]本发明使用单壁碳纳米管配置的溶液作为堆叠驱动器的柔性电极喷涂材料，喷涂沉积的单壁碳纳米管电极为堆叠驱动器提供电场，单壁碳纳米管具有较小的刚度、良好的导电性和容错性，不会阻碍堆叠驱动器的应变，并且在聚丙烯酸薄膜被击穿后，单壁碳纳米管可自行降解变为电绝缘体，堆叠驱动器不会短路，可继续工作。单壁碳纳米管击穿后可以自行修复的能力，大大延长了堆叠驱动器的使用寿命；在电极原溶液分散的过程中采用由内向外的能量传递方法，改水浴时能量由烧杯外向溶液内的分散方式为超声探头直接分散法，改善了电极原溶液的分散均匀性，从而也降低了电极工作时失效的概率。本发明通过更换电极材料，在新工艺下，电极与薄膜之间贴合性更好，驱动器不容易出现放电现象，具有更长的寿命。在堆叠过程中，通过设计一套辅助装置，优化实验材料与工艺，能够快速高效的制作出堆叠驱动器。
【附图说明】
[0006]下面结合附图对本发明做进一步的描述。
[0007]图1是本发明工艺流程简图。
[0008]图中的标号为:1.1PN薄膜，2.金属支撑框，3.单壁碳纳米管沉积电极，4.模具，5.堆叠驱动单元，6.堆叠工具，7.堆叠驱动器雏形。
【具体实施方式】
[0009]如图1所示，一种介电弹性体堆叠驱动器制作工艺，其包括以下步骤:首先在介电弹性体IPN薄膜上喷涂单壁碳纳米管溶液。其中IPN薄膜(I)制作处理过程是:对丙烯酸薄膜进行预拉伸后固定在金属支撑框(2)上，保持预拉伸率在350%~500%间，配置IPN反应药剂:mTMPTMA^ziStziISi =10:100:57)，用喷笔将IPN反应药剂均勾的喷涂在聚丙稀酸薄膜的两面，静置10h~12h后，放入真空干燥箱进行加热。控制温度:85°C ~90°C、时间:6h~7h、气压:-0.07Mpa—0.09Mpa。冷却后制成IPN薄膜。单壁碳纳米管溶液配置是:该溶液中溶质单壁碳纳米管的浓度为0.2mg/ml，溶剂异丙醇。对该溶液用超声探头分散均匀后，用喷笔均匀的喷涂在IPN薄膜(I)的上表面，待溶剂挥发后，即在IPN薄膜上形成厚度达50nm的单壁碳纳米管沉积电极(3)。
[0010]而后将载有行列规律分布有单壁碳纳米管沉积电极的整张IPN薄膜从金属支撑框(2)上裁剪下，转移至模具(4)上，每一单壁碳纳米管沉积电极的位置与模具上的方孔居中对齐。利用激光切割机对整张IPN薄膜进行切割分离，加工成若干个堆叠驱动单元(5)，每一堆叠驱动单元(5)上含有一个单壁碳纳米管沉积电极；用堆叠工具(6)将堆叠驱动单元逐一上下堆叠，当堆叠层数满足设计要求后，用切刀进行修边处理，制成堆叠驱动器雏形
(7)，最后，引上电极导线，完成堆叠驱动器的制作。
[0011]本发明所涉及的器件均为通用器材，包括用3M公司的VHB聚丙烯酸薄膜制作的IPN薄膜(I )，金属支撑框(2)，IPN药剂，单壁碳纳米管溶液，模具(4)，堆叠工具(6)，超声探头、激光切割机、圆形切刀等，在此不再详细介绍。
[0012]本发明所设计的堆叠工艺和堆叠辅助装置，简单灵活，容易复现，利用本工艺可以制备出贴合性能更好的碳纳米管电极，大幅提高介电弹性体驱动器的使用寿命。
【主权项】
1.一种介电弹性体堆叠驱动器制作工艺，其特征是:包括以下步骤:首先在介电弹性体IPN薄膜上喷涂单壁碳纳米管溶液；待溶液干燥后，将载有单壁碳纳米管沉积电极的整张IPN薄膜转移至模具上，利用激光切割机对整张IPN薄膜进行切割分离，加工成若干个堆叠驱动单元，每一堆叠驱动单元上含有一层单壁碳纳米管沉积电极；用堆叠工具将堆叠驱动单元逐一上下堆叠，并用切刀整形；最后，引上电极导线，完成堆叠驱动器的制作。
【专利摘要】本发明涉及一种介电弹性体堆叠驱动器制作工艺，包括以下步骤：首先在介电弹性体IPN薄膜上喷涂单壁碳纳米管溶液；待溶液干燥后，将单壁碳纳米管沉积电极的整张IPN薄膜转移至模具上，利用激光切割机对整张IPN薄膜进行切割分离，加工成若干个堆叠驱动单元，每一堆叠驱动单元上含有一层单壁碳纳米管沉积电极；用堆叠工具将堆叠单元逐一上下堆叠，并用切刀整形；最后，引上电极导线，完成堆叠驱动器的制作。本发明操作简单、可复现，电极贴合性好，提高了介电弹性体堆叠驱动器的使用寿命。
【IPC分类】H02N1/00
【公开号】CN105071683
【申请号】CN201510480894
【发明人】赵建文, 葛永, 于江成, 梅涛
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月7日