CN101001985A - 纤维或长丝 - Google Patents

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Abstract

一种纤维(2)或长丝，其包括：固态电解质；和彼此隔开的第一(4)和第二(6)电极。

Description

纤维或长丝
本发明涉及一种纤维或长丝，特别是适于包含在织物或衣服中以制造具有触觉反馈的衣服的纤维或长丝。本发明特别涉及包含干材料的纤维或长丝。通过从干材料形成纤维或长丝，不需要为防止材料蒸发而将该纤维或长丝封装。
各种类型的长度上可调节的纤维是已知的。
已知的是从形状记忆(SM)合金或SM聚合物形成纤维。通过改变纤维的温度，能够对这种纤维进行长度调节。
另一种已知的纤维包括液态单晶弹性体(LSCE)，其长度可以通过改变纤维的温度来调节。
又一种已知的纤维由电子电活性聚合物(EAP)形成。通过改变横穿纤维的电场，能够对这种纤维进行长度调节。由电活性聚合物形成的纤维已用于形成电致伸缩和静电伸缩(electrostatically stricted)聚合物致动器纤维。
最后，还提出过由离子电活性聚合物形成的纤维。
上文所述类型的现有纤维的问题涉及了所需诱发纤维长度变化的激励的本性。对于由形状记忆材料或液态单晶弹性体形成的纤维来说，所述激励是温度变化。另一方面，形成电致伸缩聚合物致动器的纤维需要电压形式的激励，如果纤维用来形成人穿的织品(textile)或织物(fabric)的话，所述电压太大而不能施加。例如，为获得1％的应变(即变形)，在上述体系中需要50-100伏/微米的电场。
由离子电活性聚合物形成的纤维的问题在于上述纤维由类似液体的介质形成。上述体系需要防止蒸发。这些体系的另外的问题是由于它们类似流体，所以它们不能永久地成形。
本发明的目的是提供一种纤维或长丝，其中纤维的尺寸能够可控性地变化。
根据本发明的第一方面，提供了一种纤维或长丝，其包括：固态电解质；彼此隔开的第一和第二电极。
通过由固态电解质形成纤维或长丝，纤维是基本上完全干燥的纤维。这意味着形成纤维的材料包含极少的液体。这又意味着该材料不太可能在其自重下流动。
有利地，该纤维或长丝基本上是圆柱形形状并且包括沿纤维纵向延伸的轴。
优选地，固态电解质包括无溶剂的固态电解质。
适宜地，固态电解质包括聚氧化乙烯/聚乙二醇(PEO-PEG)体系。
聚氧化乙烯/聚乙二醇体系优选地包括线型聚氧化乙烯(PEO)、用作增塑剂的聚乙二醇(PEG)和优选高氯酸锂形式的盐的流延溶液(casted solution)。
或者该盐包括以下物质中的一种或多种：聚合物电解质及其它类型的(聚)电解质的锂、钠、钾、铜和四丁基铵盐。
当在第一和第二电极两端施加电位差时，据信在基质形式的PEO-PEG体系中诱发阳离子和阴离子的运动。由于阳离子与基质具有相互粘合作用，所以阳离子迁移在纤维或长丝中产生压力梯度，这引起纤维或长丝长度的改变。
有利地，纤维或长丝还包括用于在第一和第二电极间施加电位差的电压装置。优选地，该电压装置包括一个或多个电池。
适宜地，该电压装置包括用于向第一电极施加较高电位的第一电压源和用于向第二电极施加较低电位的第二电压源。
优选地，跨越纤维所施加的电位差的数量级为数伏，纤维或长丝的厚度小于1mm，优选为100-500微米。
优选地，第一和第二电极的每一个基本上沿纤维纵向延伸，因而纤维的长度可以通过在两个电极间施加电位差来可控性地变化。
有利地，第一电极基本上沿纤维的轴延伸。因此第一电极基本上包含在纤维内中心处。
或者，第一电极沿或接近于纤维或长丝的外表面延伸。
当纤维或长丝基本上是圆柱形形状时，第一电极可以沿纤维或长丝的一部分(其与纤维或长丝的轴隔开)延伸。
第一电极可以基本上成螺旋形沿或接近于纤维或长丝的外表面延伸。
优选地，第二电极沿或接近于长丝的外表面延伸。当纤维或长丝基本上是圆柱形时，第二电极通过纤维的一部分(其与纤维的轴隔开)延伸。
优选地，第二电极基本上成螺旋形沿或接近于纤维的外表面延伸。
根据本发明的第二方面，提供了一种引起纤维或长丝的尺寸变化的方法，该纤维或长丝包括固态电解质，还包括彼此隔开的并且基本上沿纤维纵向延伸的第一和第二电极，该方法包括：在第一和第二电极间施加电位差。
优选地，在第一和第二电极间施加电位差的步骤包括向第一电极施加较高的电位和向第二电极施加较低的电位。
本发明还涉及一种制造纤维或长丝的方法、由许多纤维或长丝形成的衣服和由许多纤维或长丝形成的织品的方法。该衣服或织物可以织造或针织，该纤维或长丝可以通过缝合或刺绣而连接到衣服或织物上。
本发明现将参考附图仅举例进行进一步描述，其中：
图1a和1b是本发明第一实施方案的示意图；
图2a和2b是本发明第二实施方案的示意图；和
图3是根据本发明的纤维或长丝的示意，其说明阴离子和阳离子在纤维或长丝内的运动。
参考图1a和1b，根据本发明的纤维一般由附图标记2表示。纤维2由基质形式的固态电解质如聚氧化乙烯/聚乙二醇体系形成，并且还包括第一电极4和第二电极6。第一电极基本上沿纤维2的轴延伸，并因此基本上在纤维2内位于中心处。第二电极位于或者接近于纤维外表面8，并且绕纤维成螺旋形延伸。
通过在第一电极4和第二电极6间施加电位差，纤维将成螺旋形。这导致在纤维纵向上收缩。
优选地，向第一电极施加较高的电位，向第二电极施加较低的电位。据信在第一电极4和第二电极6间所施加的电位差诱发PEO-PEG基质中所含的阳离子和阴离子的运动。换句话说，阳离子将向负电压迁移，该负电压在此实施例中施加于第二电极6。由于阳离子在基质内具有相互粘合作用，所以阳离子迁移在纤维中产生压力梯度，其引起纤维弯曲。
在图1所示的本发明实施方案中，纤维弯曲将基本上遵循第二电极6的位置，将因此导致纤维2成螺旋形或盘绕，并因而在纵向沿纤维的长度收缩。
现转向图2a和2b，说明本发明的第二实施方案，其包括纤维10。纤维10由基质形式的固态电解质如PEO-PEG体系形成。纤维10还包括第一电极12和第二电极14。在此实施方案中，可见不仅第二电极10而且第一电极12在或接近于纤维10的外表面16成螺旋形延伸。排列第一和第二电极12、14以使其沿纤维长度基本上彼此沿径向相对。通过在电极12、14间施加电位差，纤维将成螺旋形或者扭曲，因此在轴向上显示净收缩。
现转向图3，根据本发明的纤维或长丝一般由附图标记30表示。跨越纤维30施加电位差，使得向第一电极34提供较高的电位32，向第二电极38提供较低的电位36。
纤维30由固态电解质40形成，在此实施例中，该固态电解质40包括结合有例如高氯酸锂形式的盐的聚氧化乙烯/聚乙二醇(PEO-PEG)体系。
当跨越第一和第二电极34、38施加电位差时，据信由于盐的存在将诱发PEO-PEG体系中存在的阳离子42和阴离子44的运动。PEO-PEG体系是基质形式的，并且由于阳离子42与基质具有相互粘合作用，阳离子迁移在纤维30中产生压力梯度，其引起纤维30的弯曲，如可从图3中看出。
因此利用本发明，通过改变跨越第一和第二电极(其形成纤维的一部分)所施加的电场，能够以可再现的方式控制干纤维的长度。
根据本发明的纤维或长丝可结合可穿戴的电子设备、织物电子设备、机器人和人造肌肉使用。

Claims (20)

1.纤维(2)或长丝，其包括：固态电解质；和彼此隔开的第一(4)和第二(6)电极。
2.根据权利要求1的纤维(2)或长丝，其中纤维或长丝基本上是圆柱形并且包括沿纤维纵向延伸的轴。
3.根据权利要求1或权利要求2的纤维(2)或长丝，其中固态电解质包括无溶剂的固态电解质。
4.根据前述权利要求中任一项的纤维(2)或长丝，其中固态电解质包括聚氧化乙烯/聚乙二醇体系。
5.根据权利要求1的纤维(2)或长丝，其中固态电解质包括线型聚氧化乙烯、聚乙二醇形式的增塑剂和高氯酸锂形式的盐的流延溶液。
6.根据前述权利要求中任一项的纤维(2)或长丝，其还包括用于在第一(4)和第二(6)电极间施加电位差的电压装置。
7.根据权利要求6的纤维(2)或长丝，其中电压装置包括第一电压源和第二电压源，所述第一电压源用于向第一电极(4)施加较高的电位，第二电压源用于向第二电极(6)施加较低的电位。
8.根据前述权利要求中任一项的纤维(2)或长丝，其中各个第一(4)和第二(6)电极基本上沿纤维纵向延伸。
9.根据权利要求2-8中任一项的纤维(2)或长丝，其中第一电极(4)基本上沿纤维的轴延伸。
10.根据权利要求1-8中任一项的纤维(10)或长丝，其中第一电极(12)沿或接近于该纤维或长丝的外表面延伸。
11.根据权利要求2或权利要求2的任何从属权利要求的纤维(10)或长丝，其中第一电极(12)与该纤维的轴隔开。
12.根据权利要求10或权利要求11的纤维(10)或长丝，其中第一电极(12)基本上成螺旋形沿或接近于该纤维或长丝的外表面(16)延伸。
13.根据前述权利要求中任一项的纤维(2)或长丝，其中第二电极(6)沿或接近于该纤维或长丝的外表面(8)延伸。
14.根据权利要求2或权利要求2的任何从属权利要求的纤维(2)或长丝，其中第二电极(6)与纤维的轴隔开。
15.根据权利要求13或权利要求14的纤维(2)或长丝，其中第二电极(6)基本上成螺旋形沿或接近于该纤维的外表面延伸。
16.一种引起纤维(2)或长丝的尺寸变化的方法，该纤维或长丝包括固态电解质，还包括彼此隔开的并且基本上沿纤维纵向延伸的第一(4)和第二(6)电极，该方法包括：
在第一和第二电极间施加电位差。
17.根据权利要求16的方法，其中在第一(4)和第二(6)电极间施加电位差的步骤包括向第一电极施加较高的电位和向第二电极施加较低的电位。
18.制造根据权利要求1-15中任一项的纤维(2)或长丝的方法。
19.由许多如权利要求1-15中任一项所要求保护的纤维(2)或长丝形成的衣服。
20.由许多如权利要求1-15中任一项所要求保护的纤维(2)或长丝形成的织品。
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