CN101840991A - 电致动结构及电致动元件 - Google Patents
电致动结构及电致动元件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101840991A CN101840991A CN201010160950A CN201010160950A CN101840991A CN 101840991 A CN101840991 A CN 101840991A CN 201010160950 A CN201010160950 A CN 201010160950A CN 201010160950 A CN201010160950 A CN 201010160950A CN 101840991 A CN101840991 A CN 101840991A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electric actuation
- actuation structure
- electric
- material layers
- material layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 173
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 47
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 33
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 21
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims description 18
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 10
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 5
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- -1 carbon nano tube compound Chemical class 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 229920000120 polyethyl acrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H10N30/702—
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S310/00—Electrical generator or motor structure
- Y10S310/80—Piezoelectric polymers, e.g. PVDF
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
Abstract
一种电致动结构，具有一第一端，以及与该第一端相对设置的第二端。该电致动结构包括至少两个电致动材料层，该至少两个电致动材料层在所述电致动结构的第一端和第二端之间延伸且所述延伸部分相互电绝缘，该至少两个电致动材料层在电致动结构的第一端处电连接，在第二端处分开设置。本发明还提供采用所述电致动结构的电致动元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种电致动结构及电致动元件，尤其涉及一种含有碳纳米管的电致动结构及电致动元件。
背景技术
致动器的工作原理为将其它能量转换为机械能，实现这一转换经常采用的途径有三种：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。
静电驱动的致动器一般包括两个电极及设置在两个电极之间的电致动元件，其工作过程为在两个电极上分别注入电荷，利用电荷间的相互吸引和排斥，通过控制电荷数量和电负性来控制电极间电致动元件的相对运动。但是由于静电力反比于电容板之间距离的平方，因此一般只有在电极间距很小时静电力才比较显著，该距离的要求使该致动器的结构设计较为复杂。磁驱动的致动器一般包括两个磁极及设置在两个磁极之间的电致动元件，其工作是通过磁场的相互吸引和排斥作用使两磁极之间的电致动元件产生相对的运动，但是磁驱动的缺点和静电驱动相同，即由于磁场作用范围有限，导致电致动元件的上下两个表面必须保持较小的距离，该结构的设计要求严格且也限制了该致动器的应用范围。
碳纳米管纸或含有碳纳米管的复合材料等已被发现可用来制备电致伸缩复合材料。现有技术提供一种含有碳纳米管的纳米柔性电热材料。所述纳米柔性电热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。纳米柔性电热材料可以导电，通电以后可发热，发热后，所述的纳米柔性电热材料体积发生膨胀。然而，电压通过该纳米柔性电热材料的两端加入该纳米柔性电热材料，由于该纳米柔性电热材料在伸缩的同时，沿伸缩方向上的两端都必须连接有电极，使得该纳米柔性电热材料难以实现器件化，不利于该纳米柔性电热材料的实际应用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种有利于器件化的含碳纳米管的电致动结构及电致动元件。
一种电致动结构，具有一第一端，以及与该第一端相对设置的第二端。该电致动结构包括至少两个电致动材料层，该至少两个电致动材料层在所述电致动结构的第一端和第二端之间延伸且所述延伸部分相互电绝缘，该至少两个电致动材料层在电致动结构的第一端处电连接，在第二端处分开设置。
一种电致动元件包括一电致动结构以及至少两个电极。该电致动结构具有一第一端，以及与该第一端相对设置的第二端。该电致动结构包括至少两个电致动材料层，该至少两个电致动材料层在所述电致动结构的第一端和第二端之间延伸且所述延伸部分相互电绝缘，该至少两个电致动材料层在电致动结构的第一端处电连接，在第二端处分开设置。所述至少两个电极间隔设置于所述第一端，且一个电极对应一个电致动材料层设置。参考权利要求修改
与现有技术相比较，本发明提供的电致动结构及采用该电致动结构的电致动元件，使用时，电极全部可以设置在电致动结构或电致动元件的同一端，而且电流通过所述至少两个电致动材料层形成由第二端流经第一端再流到第二端的电流，从而所述至少两个电致动材料层均匀发热而膨胀，使得该电致动结构将发生形变。由于所述电致动结构及采用该电致动结构的电致动元件中，电极均设置于第一端，因此，可以在该电致动结构或电致动元件的同一端控制其形变，从而有利于该电致动结构或电致动元件的实际应用。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的电致动结构的立体结构示意图。
图2为图1所示的电致动结构沿II-II线的剖视图。
图3为图1所示的电致动结构形变与电压的关系曲线图。
图4为图1所示的电致动结构在连续测量10次循环的最大形变量值。
图5为本发明第二实施例提供的电致动结构的剖视图。
图6为本发明第二实施例中的电连接部为导电薄膜时的电致动结构的剖视图。
图7为本发明本发明第三实施例提供的电致动结构的立体结构示意图。
图8为本发明本发明第三实施例的电致动结构沿VIII-VIII线的剖视图。
图9为本发明第四实施例提供的电致动结构的立体结构示意图。
图10为图9所示的电致动结构沿X-X线的剖视图。
图11为本发明第五实施例提供的电致动结构的立体结构示意图。
图12为本发明第六实施例提供的电致动结构的立体结构示意图。
图13为图12沿XIII-XIII线的剖视图。
图14为本发明第七实施例提供的电致动结构的剖面图。
图15为本发明提供的电致动元件的示意图。
主要元件符号说明
电致动结构 10，20，30，40，50，60，70
电致动材料层 12，52
第一端 13，43，53，63
电连接部 15，45，55，65
绝缘层 16，26，44
第二端 17，47，57，67
第一电致动材料层 42
第二电致动材料层 46
圆柱体空间 48
绝缘柱 56
第二材料层 72
电致动元件 100
电极 102
碳纳米管 122
柔性高分子基体 124
导电材料层 605
具体实施方式
本发明提供一种电致动结构，该电致动结构为立体结构，比如平板状体、柱状体、椭圆球体或者锥形体，也可以为弯曲状体等。该电致动结构具有一第一端以及与该第一端相对设置的一第二端。所谓第一端以及第二端的选择是根据实际情况定的，比如平板状体时可以根据需要取任意两个相对的两端；如果柱状体或者椭圆球体等，那么可以取长轴方向上的相对两端；如果是弯曲状体，可以取自延伸方向相对的两端。该电致动结构包括至少两个电致动材料层，该至少两个电致动材料层在电致动结构的第一端和第二端之间延伸，该至少两个电致动材料层在第一端和第二端之间延伸部分相互电绝缘。该至少两个电致动材料层可以平行，也可以不平行，比如平板状体或柱状体时平行，该至少两个电致动材料层可以平行；椭圆球体、锥形体或者弯曲状体时，该至少两个电致动材料层可以不平行。
该至少两个电致动材料层在电致动结构的第一端或第二端中的任意一端处相连接，在另一端处不相连。在该至少两个电致动材料层之间可以设置绝缘层，该绝缘层的作用是该绝缘层也可以是平板状，也可以是圆柱状，其形状视所述电致动结构的形状而定。绝缘层只要能使得所述至少两个电致动材料层在第一端和第二端之间延伸部分相互电绝缘即可。当然，所述至少两个电致动材料层之间也可以直接通过空气间隔，使得所述至少两个电致动材料层在第一端和第二端之间延伸部分相互间隔地电绝缘。
所述至少两个电致动材料层为一种电致动的伸缩材料构成，即只要给该电致动材料层通电，该电致动材料层就会发热膨胀，只要是能够通电膨胀的材料，均可以实现本发明。所述至少两个电致动材料层在电致动结构的第一端或第二端任意一端处相连接是指电连接，可以通过一体形成的方式相连，也可以借第三导电结构来实现电相连。以下实施例中的电致动材料，至少两个电致动材料层在电致动结构是在第一端处电连接，当通过电致动结构的第二端提供电流时，所述至少两个电致动材料层将热膨胀，由于两个电致动材料层的材料相同或者热膨胀系数相同或相近，因此电致动结构将在由发生形变，由于本发明提供的电致动结构可以将电极均设置于电致动结构相同的一端，从而更加有利于该电致动结构的器件化，以及实际应用。
为了更清楚地说明本发明的电致动结构以及电致动元件，下面以具体实施例予以说明。
请参考图1及图2，本发明第一实施例提供一种电致动结构10，该电致动结构10为平面片状(也可称为薄板)结构。该电致动结构10具有一第一端13，以及与该第一端13相对的第二端17。该电致动结构10包括两个电致动材料层12，一电连接部15，以及一绝缘层16。所述两个电致动材料层12平行间隔设置，并在第一端13与第二端17之间延伸。所述绝缘层16设置于所述两个电致动材料层12之间，所述两个电致动材料层12在所述电致动结构10的第一端13通过电连接部15电连接。所述两个电致动材料层12在所述电致动结构10的第二端17通过所述绝缘层16电绝缘。
所述电致动材料层12为多个碳纳米管122分散于柔性高分子基体124中形成的碳纳米管复合材料。所述碳纳米管122在所述柔性高分子基体124中均匀分布，碳纳米管122互相搭接在柔性高分子基体124中形成大量导电网络。本实施例中，所述电致动材料层12为长方形平面结构，厚度为1毫米。
所述柔性高分子基体124可选自硅橡胶弹性体、聚氨脂、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种及其任意组合。本实施例中，所述柔性高分子基体124为硅橡胶弹性体构成的硅橡胶薄膜，该硅橡胶薄膜为厚度为1毫米厚的一长方形薄片，长为20毫米，宽为10毫米。
所述碳纳米管122在所述电致动材料层12的质量百分含量为0.1％～6％。所述碳纳米管122可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或其任意组合。其中，所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管122的长度不限。优选地，所述碳纳米管122的长度为50～900微米。所述多个碳纳米管122互相搭接在柔性高分子基体124中形成大量导电网络。由于碳纳米管122具有良好的电热转换效率，且于柔性高分子基体124中多次弯折而不易断裂。所以当施加一电压后，该导电网络可以迅速发热，对柔性高分子基体124进行加热，从而使所述电致动材料层12可以迅速膨胀，可以较快的伸缩，使得该电致动结构10具有较快的响应速度。
所述绝缘层16为具有柔性的高分子材料构成，可以起到电绝缘的作用。所述绝缘层16的厚度小于所述电致动材料层12的厚度，由于绝缘层16的厚度小于所述第一电致动材料层的厚度，该电致动结构10在伸缩时绝缘层16具有较小的阻力，使该电致动结构10具有较好的响应速度。构成所述绝缘层16的材料可选自硅橡胶弹性体、聚氨脂、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种及其任意组合。本实施例中，所述绝缘层16硅橡胶弹性体构成的硅橡胶薄膜，厚度为0.5毫米，长度为18毫米，宽度为10毫米。
所述绝缘层16还可以为空气，当该绝缘层16为空气时，所述两个电致动材料层12之间通过所述绝缘层16形成一个绝缘的空间。由于该电致动结构10的绝缘层16为一个空间，使得该电致动结构10在伸缩时绝缘层16具有较小的阻力，使该电致动结构10具有较好的响应速度，以及较大的形变量。
所述电连接部15为片状结构，其设置于所述电致动结构10的第一端13，并与所述两个电致动材料层12电连接。该电连接部15的材料与所述电致动材料层12相同，均由均匀分布在柔性高分子基体124中的多个碳纳米管122组成，该多个碳纳米管122相互搭接并形成导电网络。该电连接部15与两个电致动材料层12形成一个整体结构，并且所述多个碳纳米管122在所述电连接部15与两个电致动材料层12连接形成的整体结构中相互搭接形成一个完整的导电网络。
本实施例中，该电致动结构10长度为20毫米，宽度为10毫米，厚为2.5毫米。绝缘层16的厚度为0.5毫米，所述电致动材料层12的厚度为1毫米。对该电致动结构10进行伸缩特性测量，请参见图3，对该电致动结构10施加几十伏特的电压，即可以获得较大的形变，当电压为75伏特时，形变量可达到0.5毫米，应变可大于3％。图4给出了连续测量10次循环样品获得的最大形变值。从图4可以看出，样品的形变量基本为一水平直线，从而说明该电致动结构10具有较好的可重复性。
本发明第一实施例提供的电致动结构10在使用时，在该电致动结构10的第二端17的两个电致动材料层12分别接入电源的两个电极，电流将在两个电致动材料层12，以及电连接部15形成的整体结构中的多个碳纳米管122相互搭接形成的导电网络中传输。由于碳纳米管122的热导率很高，从而使得所述电致动结构10的温度快速升高，所述多个碳纳米管122可迅速加热柔性高分子基体124，热量从所述电致动结构10中碳纳米管122的周围快速地向整个电致动结构10中扩散。由于所述电致动结构10在第一端13向第二端17的方向长度较长，从而该电致动结构10将沿第二端17到第一端13的方向膨胀。电流同过该电致动结构10的第二端17输入，从而可以控制该电致动结构10的第一端13伸缩，从而使得该电致动结构10更加容易器件化，从而有利于该电致动结构10在电致伸缩方面的应用。
可以理解，上述平板状的电致动结构10在使用时，该电致动结构10在其长度较长的方向上延伸，如当该电致动结构10第一端13到第二端17的方向长度较长时，该电致动结构10在第一端13到第二端17的方向上伸缩；如当该电致动结构10在垂直于第一端13到第二端17的方向的长度较长时，该在电致动结构10在垂直于第一端13到第二端17的方向上伸缩。
请参见图5，本发明第二实施例提供一电致动结构20，其结构与第一实施例的电致动结构10基本相同，区别在于绝缘层26的结构与第一实施例中的绝缘层16不同。
所述绝缘层26为柔性高分子材料组成的片状结构，该片状结构中进一步包括多个空气柱162。所述空气柱162可以为电致动结构20的第一端13向第二端17延伸的方向上延伸，形成一个长条状的空气柱。由于该绝缘层26包括多个空气柱162，使得该绝缘层26与所述两个电致动材料层12之间的接触面积较小，绝缘层16具有较小的阻力，从而使得该电致动结构20在伸缩时具有较快的响应速度，较大的伸缩率。
另外，请参阅图6，实施例二中的电连接部15还可以为一导电层，该导电层设置在所述电致动结构10的第一端13，覆盖所述电致动结构10的第一端13的侧面的两个间隔设置的电致动材料层12。从而该两个电致动材料层12可以通过该电连接部15在所述第一端13电连接。该导电层可以为金属材料，如金、铂、钯、银、铜、铁、镍等导电性较好的金属，可以通过沉积的方法将一金属材料沉积在所述电连接部15，形成一定厚度的金属薄膜。该导电增强层也可以为导电胶，如银胶，通过印刷的方法形成。
请参见图7及图8，本发明第三实施例提供一电致动结构30，其具有一个第一端13，以及与该第一端13相对的第二端17。该电致动结构30的结构与第一实施例的电致动结构10基本相同，区别在于该电致动结构30包括多个电致动材料层12以及多个绝缘层16。本实施例中，该电致动结构30包括4个电致动材料层12，以及3个绝缘层16。
所述多个电致动材料层12相互平行间隔设置，每两个相邻的电致动材料层12之间设置有一个绝缘层16。该多个电致动材料层12，在电致动结构30的第一端13通过电连接部15电连接；该多个电致动材料层12在电致动结构30的第二端17通过所述多个绝缘层16电绝缘。使用时，该电致动结构30的第二端17的多个电致动材料层12与电源的正极和负极交替电连接从而可以实现多个电致动材料层12并联，从而可以降低驱动电压。
可以理解，为了增加所述电致动结构30的响应速度，本实施例中的绝缘层16的结构可以与本发明第二实施例中的绝缘层26完全相同。
请参阅图9和图10，本发明第四实施例进一步提供一具有圆柱体形状立体结构的电致动结构40。该电致动结构40具有一第一端43，以及与该第一端43相对的第二端47。该电致动结构40包括一个第一电致动材料层42，以及一个第二电致动材料层46，以及一绝缘层44。该第一电致动材料层42，绝缘层44，以及第二电致动材料层46同轴设置，并由该圆柱体立体结构的电致动结构40的圆轴向外依次设置。第一电致动材料层42，以及一个第二电致动材料层46，以及一绝缘层44由所述第一端43向所述第二端47方向延伸。所述第一电致动材料层42与所述第二电致动材料层46在所述电致动结构40的第一端43通过电连接部45电连接。所述第一电致动材料层42与所述第二电致动材料层46在所述电致动结构40的第二端47通过所述绝缘层44电绝缘。所述第一电致动材料层42内部围成一个圆柱体空间48。
本实施例的电致动结构40的第一电致动材料层42以及第二电致动材料层46与本发明第一实施例的电致动材料层12的组成相同，均是由多个碳纳米管122分散与柔性高分子基体124中组成。所述电连接部45与第一实施例中的电连接部15的材料相同，所述绝缘层44与所述绝缘层16的材料相同。
请参见图11，本发明第五实施例提供一种圆筒状的电致动结构50，该电致动结构50具有一第一端53，以及与该第一端53相对的第二端57。该电致动结构50包括至少两个间隔设置的电致动材料层52以及一电连接部55，该至少两个电致动材料层52在电致动结构50的第一端53处通过电连接部55相连，在第一端53向第二端57延伸的部分分开。本实施例包括4个电致动材料层52相互间隔设置，该电致动材料层52与所述电连接部55的材料与第一实施例中的电致动材料层52与所述电连接部15完全相同。
所述电致动结构50还可以进一步包括一绝缘柱56，所述至少两个电致动材料层52相对该绝缘柱56对称设置，环绕设置于该绝缘柱56的外侧。本实施例中，该绝缘柱56的材料与第一实施例中的绝缘层16完全相同。
请参见图12及图13，本发明第六实施例提供一电致动结构60，其具有一个第一端63，以及与该第一端63相对的第二端67。该电致动结构60包括两个电致动材料层12以及一电连接部65，其结构与第一实施例相似，区别在于本实施例中的电连接部65与第一实施例中的电连接部15不同。
所述两个电致动材料层12在所述电致动结构60的第一端通过所述电连接部65电连接。所述电连接部65包括偶数个导电材料层605相互绝缘设置于电致动结构60。所述偶数个导电材料层605在所述电致动结构60的第一端63或第二端67电连接，形成一连续的导电通路，使得所述两个电致动材料层12在所述电致动结构60的第一端63电连接。本实施例中，所述电连接部65包括两个导电材料层605，该导电材料层605的结构材料与所述电致动材料层12完全相同，并且在第二端67相互连接，在所述第一端63分别于所述两个电致动材料层12电连接。本实施例中，所述电连接部65为一个完整的结构，该完整结构与所述两个电致动材料层12共同构成一个完整的导电结构，多个碳纳米管在该完整的导电结构中形成一个完整的导电网络。
本发明第七实施例提供一可弯曲的电致动结构70，该可弯曲的电致动结构70是在本发明第一至第五实施例提供的电致动结构10，20，30，60的基础上，增加一第二材料层72覆盖于所述电致动结构10，20，30，60之上获得。
请参阅图14，以第一实施例中的电致动结构10为例，所述可弯曲的电致动结构70包括第二材料层72覆盖于所述电致动结构10的表面，并与所述电致动材料层12相互平行。
所述第二材料层72的热膨胀系数不同于电致动结构10，该第二材料层72至少包括一第二聚合物基体，该第二聚合物基体的材料为柔性材料，包括硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩等中的一种或几种的组合。该第二材料层72可仅包括一第二聚合物基体，因电致动结构10中的碳纳米管122对电致动结构10的热膨胀系数影响较小，所以此时该第二聚合物基体的材料需不同于电致动结构10中的柔性高分子基体124的材料且二者的热膨胀系数不同。本实施例中，所述第二聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲酯。
所述可弯曲的电致动结构70在应用时，将电压施加于电致动结构70的电致动材料层12的第二端17，电流可通过上述碳纳米管122所形成的导电网络进行传输。由于碳纳米管122的热导率很高，从而使得所述电致动结构70的温度快速升高，热量从所述可弯曲的电致动结构70中碳纳米管122的周围快速地向整个可弯曲的电致动结构70扩散，即电致动结构10可迅速加热第二材料层72。由于热膨胀量与材料的体积及热膨胀系数成正比，且本实施例的可弯曲的电致动结构70由两层具有不同热膨胀系数的电致动结构10和第二材料层72复合而成，从而使得加热后的可弯曲的电致动结构70将向热膨胀系数小的材料层弯曲。
本发明实施例进一步提供一采用本发明提供的电致动结构的电致动元件100。该电致动元件100可以为在本发明任意实施例提供的电致动结构10，20，30，40，50，60，70的基础上增加对应的电极获得。
请参阅图15，所述电致动元件100为平面片状结构，具有一第一端13，以及与该第一端13相对的第二端17。该电致动元件100包括两个电致动材料层12，一电连接部15，以及一绝缘层16，以及两个电极。所述两个电致动材料层12平行间隔设置。所述绝缘层16设置于所述两个电致动材料层12之间，所述两个电致动材料层12在所述电致动元件100的第一端13通过电连接部15电连接。所述两个电致动材料层12在所述电致动元件100的第二端17通过所述绝缘层16电绝缘。所述两个电极102间隔设置在所述电致动元件100的第二端17，并相互电绝缘，还分别与所述两个电致动材料层12电连接。
所述电极102为长条形金属。本实施例中，所述电极102为铜片。可以理解，当该电致动元件100包括多个电致动材料层12时，该电致动元件100包括多个电极102，每个一个电极102对应于一个电致动材料层12。
与现有技术相比较，本发明提供的电致动结构及采用该电致动结构的电致动元件，其包括一第一端以及一第二端，至少两个电致动材料层与间隔设置，所述至少两个电致动材料层在所述电致动材料的第一端通过电连接部电连接，在所述电致动材料的第二端通过所述绝缘层电绝缘。因此可以在所述电致动材料的第二端，通过所述至少两个电致动材料层输入电流给该电致动材料。由于电流通过该材料的第二端输入，因此可以在该电致动结构或电致动元件的同一端控制其伸长或弯曲，从而有利于电致动结构及采用该电致动结构的电致动元件在电致动器件方面的应用。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (19)
1.一种电致动结构，具有一第一端，以及与该第一端相对设置的第二端，其特征在于，该电致动结构包括至少两个电致动材料层，该至少两个电致动材料层在所述电致动材料的第一端和第二端之间延伸且所述延伸部分相互电绝缘，该至少两个电致动材料层在电致动结构的第一端处电连接，在第二端处分开设置。
2.如权利要求1所述的电致动结构，其特征在于，所述至少两个电致动材料层在所述电致动结构的第一端和第二端之间平行间隔设置。
3.如权利要求1所述的电致动结构，其特征在于，进一步包括一电连接部设置于所述电致动结构的第一端，所述至少两个电致动材料层在所述电致动结构的第一端通过电连接部电连接。
4.如权利要求3所述的电致动结构，其特征在于，所述至少两个电致动材料层为多个碳纳米管分散于柔性高分子基体中形成，该多个碳纳米管相互搭接形成导电网络。
5.如权利要求4所述的电致动结构，其特征在于，所述电连接部与所述至少两个电致动材料层的材料相同，所述电连接部与所述至少两个电致动材料层形成一个整体结构，所述多个碳纳米管于所述电连接部，及所述至少两个电致动材料层形成的整体结构中相互互搭接形成一个完整的导电网络。
6.如权利要求5所述的电致动结构，其特征在于，所述电连接部为一导电层，该导电层设置在所述电致动结构的第一端，并覆盖所述至少两个电致动材料层位于所述第一端的侧面。
7.如权利要求4所述的电致动结构，其特征在于，所述柔性高分子基体的材料为硅橡胶弹性体、聚氨脂、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种及其任意组合。
8.如权利要求7所述的电致动结构，其特征在于，所述多个碳纳米管在柔性高分子基体中的质量百分含量为1％～6％。
9.如权利要求1所述的电致动结构，其特征在于，进一步包括偶数个导电材料层相互绝缘设置于所述至少两个电致动材料层之间，所述偶数个导电材料层在所述电致动结构的第一端或第二端电连接，从而形成一连续的导电通路，该导电通路的两端与所述至少两个电致动材料层在所述电致动结构的第一端电连接。
10.如权利要求1所述的电致动结构，其特征在于，进一步包括至少一绝缘层，置于至少两个电致动材料层之间，所述至少两个电致动材料层在所述第二端处通过该绝缘层电绝缘。
11.如权利要求10所述的电致动结构，其特征在于，所述绝缘层中包括多个空气柱。
12.如权利要求10所述的电致动结构，其特征在于，所述绝缘层为空气，在所述至少两个电致动材料层之间形成一个绝缘的空间。
13.如权利要求1所述的电致动结构，其特征在于，该电致动结构为平面片状结构。
14.如权利要求13所述的电致动结构，其特征在于，进一步包括一第二材料层设置于所述电致动结构的表面，与所述电致动材料层相互平行，该第二材料层的热膨胀系数与所述电致动材料层不同。
15.如权利要求1所述的电致动结构，其特征在于，该电致动结构为圆桶状结构。
16.如权利要求15所述的电致动结构，其特征在于，进一步包括一绝缘柱，所述至少两个电致动材料层环绕该绝缘柱设置。
17.一种电致动元件，其特征在于，该电致动元件包括：
如权利要求1至16中任一项所述的电致动结构；以及
至少两个电极，所述至少两个电极间隔设置在所述电致动结构的第二端，并相互电绝缘，一个电极对应与一个电致动材料层电连接。
18.如权利要求17所述的电致动元件，其特征在于，所述电致动元件在通过所述至少两个电极通电或断电时，所述电致动元件在第一端到第二端的方向伸缩。
19.如权利要求17所述的电致动元件，其特征在于，所述电致动结构包括多个电极、多个电致动材料层，该多个电致动材料层交替间隔设置，每一个电极与一个电致动材料层电连接。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101609502A CN101840991B (zh) | 2010-04-30 | 2010-04-30 | 电致动结构及电致动元件 |
| US12/868,932 US8593034B2 (en) | 2010-04-30 | 2010-08-26 | Carbon nanotube based electrostrictive composite and electrostrictive element using the same |
| US14/025,839 US8853917B2 (en) | 2010-04-30 | 2013-09-13 | Carbon nanotube based electrostrictive element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101609502A CN101840991B (zh) | 2010-04-30 | 2010-04-30 | 电致动结构及电致动元件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101840991A true CN101840991A (zh) | 2010-09-22 |
| CN101840991B CN101840991B (zh) | 2012-01-25 |
Family
ID=42744237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010101609502A Active CN101840991B (zh) | 2010-04-30 | 2010-04-30 | 电致动结构及电致动元件 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8593034B2 (zh) |
| CN (1) | CN101840991B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393165A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-03-04 | 国家纳米科学中心 | 一种基于纳米碳材料薄膜的电热式泵型致动器及其制备方法 |
| CN104924701A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-23 | 福建师范大学 | 一种碳基材料/聚合物复合材料及其制备方法 |
| CN105355776A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-02-24 | 福建师范大学 | 电致动材料及其制备方法和采用该电致动材料的致动器 |
| CN107297929A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-10-27 | 福建师范大学 | 致动材料和双向弯曲型致动器及其制备方法 |
| CN113623158A (zh) * | 2020-05-07 | 2021-11-09 | 福建师范大学 | 压力调制致动器及其制作方法 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8943884B2 (en) * | 2010-07-22 | 2015-02-03 | Baker Hughes Incorporated | Smart seals and other elastomer systems for health and pressure monitoring |
| CN105336844B (zh) * | 2014-07-23 | 2018-10-02 | 清华大学 | 电热致动器的制备方法 |
| CN105336841B (zh) * | 2014-07-23 | 2018-08-17 | 清华大学 | 电热致动器 |
| CN105336846B (zh) * | 2014-07-23 | 2018-11-09 | 清华大学 | 电热致动复合材料及电热致动器 |
| US10734531B2 (en) | 2017-06-22 | 2020-08-04 | The Penn State Research Foundation | Two-dimensional electrostrictive field effect transistor (2D-EFET) |
| CN108164974A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-06-15 | 湖南医家智烯新材料科技股份有限公司 | 石墨烯导电复合膜及其制备方法、电加热膜 |
| WO2020141428A1 (en) * | 2019-01-02 | 2020-07-09 | Soreq Nuclear Research Center | Shape memory polymer actuators |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1784792A (zh) * | 2003-06-06 | 2006-06-07 | 日本碍子株式会社 | 压电/电致伸缩元件及其制造方法 |
| KR20080102888A (ko) * | 2007-05-22 | 2008-11-26 | (주)탑나노시스 | 압전 복합 소재 |
| WO2009132649A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | Danfoss A/S | An eap-transducer comprising a porous body being stretchable in an anisotropic manner |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020674A (en) | 1997-10-31 | 2000-02-01 | The Penn State Research Foundation | Torsional electrostrictive actuators |
| JP2005176412A (ja) | 2003-12-08 | 2005-06-30 | Hitachi Ltd | アクチュエータ膜材料、アクチュエータ膜およびこれを用いたアクチュエータ |
| JP4732876B2 (ja) | 2005-11-30 | 2011-07-27 | 株式会社日立製作所 | アクチュエータ、アクチュエータモジュールおよびアクチュエータモジュール製造方法 |
| US7951186B2 (en) * | 2006-04-25 | 2011-05-31 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Embedded electroactive polymer structures for use in medical devices |
| US20110001398A1 (en) * | 2006-11-08 | 2011-01-06 | Usa As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Carbon Nanotube Film Electrode and an Electroactive Device Fabricated with the Carbon Nanotube Film Electrode and a Method for Making Same |
| WO2008066098A1 (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-05 | Kyocera Corporation | Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element and fuel jetting system |
| CN101604727B (zh) | 2008-06-13 | 2011-01-26 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 电致伸缩复合材料及其制备方法 |
| TWI398972B (zh) | 2008-06-20 | 2013-06-11 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 電致伸縮複合材料及其製備方法 |
| DE102008039757A1 (de) * | 2008-08-20 | 2010-02-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Aktorelement sowie seine Verwendung |
| CA2777666C (en) * | 2009-10-13 | 2021-01-05 | National Institute Of Aerospace Associates | Energy conversion materials fabricated with boron nitride nanotubes (bnnts) and bnnt polymer composites |
-
2010
- 2010-04-30 CN CN2010101609502A patent/CN101840991B/zh active Active
- 2010-08-26 US US12/868,932 patent/US8593034B2/en active Active
-
2013
- 2013-09-13 US US14/025,839 patent/US8853917B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1784792A (zh) * | 2003-06-06 | 2006-06-07 | 日本碍子株式会社 | 压电/电致伸缩元件及其制造方法 |
| KR20080102888A (ko) * | 2007-05-22 | 2008-11-26 | (주)탑나노시스 | 압전 복합 소재 |
| WO2009132649A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | Danfoss A/S | An eap-transducer comprising a porous body being stretchable in an anisotropic manner |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393165A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-03-04 | 国家纳米科学中心 | 一种基于纳米碳材料薄膜的电热式泵型致动器及其制备方法 |
| CN104924701A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-23 | 福建师范大学 | 一种碳基材料/聚合物复合材料及其制备方法 |
| CN105355776A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-02-24 | 福建师范大学 | 电致动材料及其制备方法和采用该电致动材料的致动器 |
| CN105355776B (zh) * | 2015-10-26 | 2018-04-17 | 福建师范大学 | 电致动材料及其制备方法和采用该电致动材料的致动器 |
| CN107297929A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-10-27 | 福建师范大学 | 致动材料和双向弯曲型致动器及其制备方法 |
| CN107297929B (zh) * | 2017-06-16 | 2019-03-08 | 福建师范大学 | 致动材料和双向弯曲型致动器及其制备方法 |
| CN113623158A (zh) * | 2020-05-07 | 2021-11-09 | 福建师范大学 | 压力调制致动器及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8853917B2 (en) | 2014-10-07 |
| US20110266927A1 (en) | 2011-11-03 |
| US20140015372A1 (en) | 2014-01-16 |
| CN101840991B (zh) | 2012-01-25 |
| US8593034B2 (en) | 2013-11-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101840991B (zh) | 电致动结构及电致动元件 | |
| CN102201532B (zh) | 电致动材料及电致动元件 | |
| US9341166B2 (en) | Electrostrictive composite and electrostrictive element using the same | |
| CN101913130B (zh) | 电致动夹持器 | |
| CN101814577B (zh) | 电致伸缩材料及其制备方法以及电热式致动器 | |
| US8405277B2 (en) | Actuator | |
| JP5374984B2 (ja) | 誘電アクチュエータ | |
| US8294329B2 (en) | Polymer actuator | |
| CN105206738A (zh) | 电致动材料及电致动器 | |
| JP5960225B2 (ja) | 電熱複合構造体及び電熱アクチュエータ | |
| Le et al. | All-organic electrostrictive polymer composites with low driving electrical voltages for micro-fluidic pump applications | |
| JP2016025837A (ja) | 電熱アクチュエータ | |
| US7829054B2 (en) | Actuator on the basis of geometrically anisotropic nanoparticles | |
| TWI441366B (zh) | 電致動材料及電致動元件 | |
| JP2016025839A (ja) | 電熱アクチュエータの製造方法 | |
| Cottinet et al. | Electro-thermo-elastomers for artificial muscles | |
| CN105355776A (zh) | 电致动材料及其制备方法和采用该电致动材料的致动器 | |
| TWI485896B (zh) | 電致動結構及電致動元件 | |
| US8533885B2 (en) | Cleaning device incorporating carbon nanotubes | |
| US20220302365A1 (en) | Thermoelectric conversion element | |
| US20220293843A1 (en) | Thermoelectric conversion element | |
| TWI394303B (zh) | 電致伸縮複合材料及電致伸縮元件 | |
| KR102205050B1 (ko) | 열전소자 및 그 제조방법 | |
| JP4069692B2 (ja) | 伸縮自在アクチュエータ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |