CN102593345B - 多层电活性聚合物器件及其制造方法 - Google Patents

多层电活性聚合物器件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供多层电活性聚合物(EAP)器件及其制造方法。所述多层EAP器件包括多个单元层。各单元层包括由电活性聚合物(EAP)形成的EAP层、配置以防止材料渗透到所述EAP层中的保护层、和使用导电材料形成的活性电极。所述保护层可在所述活性电极下面或在所述活性电极上面形成。所述活性电极可插入在两个保护层之间。

Description

多层电活性聚合物器件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年12月7日提交的韩国专利申请No.10-2010-0124438的权益，其公开内容全部引入作为参考用于所有目的。
技术领域
以下描述涉及致动器，且更具体地，涉及电活性聚合物(EAP)致动器及其制造方法。
背景技术
术语电活性聚合物(EAP)通常指其形状通过电刺激改变的聚合物。然而，在广义上，EAP可指其形状除通过电刺激之外还通过化学刺激或热刺激改变的聚合物。EAP可分为如离子聚合物金属复合材料(IPMC)、介电弹性体、导电聚合物、聚合物凝胶、聚偏氟乙烯树脂、碳纳米管、形状记忆聚合物等的类型。
EAP广泛地用作用于致动器的材料，所述致动器是将电能转化为机械能的动力转换器件。例如，EAP致动器用在多种应用器件如流体透镜、微型照相机、聚合物微机电系统(MEMS)、生物系统、能量收集等中。另外，EAP致动器用在如传感器、电容器、振动膜等的应用中。
与具有0.2％的最大应变的陶瓷压电致动器相比，EAP致动器变形最高达5％。因此，即使小尺寸的EAP致动器也可提供相对大的位移。在这点上，EAP致动器已在多个领域中赢得了大量兴趣，例如小尺寸且薄的移动电子设备中的高性能摄像机中包括的变焦流体透镜领域。变焦流体透镜用于执行多种功能，如自动聚焦(AF)功能、变焦功能、光学图像稳定(OIS)功能等。
在约20V/μm～150V/μm的电场下，EAP致动器变形小部分百分数。因此，为了获得大的位移例如约3％～7％，在使用具有约10μm厚度的聚合物的EAP致动器中，驱动电压需要为约200V～1500V。然而，使用这样的高驱动电压的常规EAP致动器在例如24V或更低的相对低的驱动电压下工作的一些设备如移动电子设备中具有有限的应用。
为了降低EAP致动器的驱动电压，本发明的申请人已提交了公开多层EAP致动器的韩国专利公开No.2008-0100757：“电活性聚合物致动器及其制造方法”。
多层EAP聚合物致动器具有其中多个薄的聚合物层一个一个地层叠同时在其间交替插入具有不同电势的驱动电极的结构。即，多层EAP致动器具有多个包括由电活性聚合物形成的聚合物层和在该聚合物层上形成的活性(有源，active)电极的单元层。然而，如果使用具有高刚性的金属形成活性电极，则具有多个活性电极的多层EAP致动器的挠曲模量显著增加且EAP致动器的位移减小。为了使EAP致动器位移的减小最小化，活性电极需要以几十纳米的小厚度形成。或者，为了使EAP致动器位移的减小最小化，活性电极可使用导电聚合物代替金属形成。
与本示例性实施方式有关的是韩国专利公开No.2008-0100757仅在其中公开了各层的层叠。然而，本发明人已发现，使用溶液流延方法形成多层结构如韩国专利公开No.2008-0100757中公开的多层结构是合乎需要的。原因是与膜层叠相反，溶液流延不需要转移和对准薄膜。因而，溶液流延简化制造且降低所得多层结构的制造成本。此外，溶液流延产生具有所需平坦上表面的聚合物薄膜而不管基底结构的轮廓如何，并提供层之间的优异的粘合力，且产生具有减少的污染或缺陷的薄膜。另外，溶液流延是合乎需要的，因为其可在比层叠小的空间中进行，由于其需要较少的工序和设备。
然而，本发明人发现，如果通过溶液流延制造韩国专利公开No.2008-0100757的多层EAP结构，则溶液流延导致溶剂从相继的层渗透到已经沉积的层中，且由此使活性电极破裂，损坏EAP层的表面，或者在薄膜中产生不均匀的厚度。因而本发明人得到不具有以上不合乎需要的特征的如本文中所描述的解决方案。
发明内容
在一个方面中，提供多层电活性聚合物器件及其制造方法，其能够以更简单的制造过程降低制造成本、改善生产率且改善操作性能。
在另一方面中，提供多层电活性聚合物器件及其制造方法，其能够在防止活性电极被损坏的同时改善生产率。
在一个总的方面中，提供多层电活性聚合物器件，其包括一个一个地堆叠的多个单元层。所述单元层包括由电活性聚合物形成的EAP层、配置以防止材料渗透到所述EAP层中的保护层、和由导电材料形成的活性电极。所述活性电极可形成于所述保护层上。或者，所述活性电极可形成于所述EAP层上且所述保护层可形成于其上形成所述活性电极的所述EAP层上。所述保护层可包括第一保护层和第二保护层，且所述活性电极可插入在两个保护层之间。
在另一总的方面中，提供制造多层电活性聚合物器件的方法。所述方法如下。通过将EAP溶液以膜形状形成在基底上且除去所述EAP溶液的溶剂而形成第一EAP层。形成保护层以防止材料渗透到所述第一EAP层中。由导电材料形成活性电极。所述保护层可形成于所述第一EAP层上且所述活性电极可形成于所述保护层上。或者，所述活性电极可形成于所述第一EAP层上且所述保护层可形成于其上形成所述活性电极的所述第一EAP层上。或者，第一保护层可形成于所述第一EAP层上，所述活性电极可形成于所述第一保护层上，且第二保护层可形成于其上形成所述活性电极的所述第一保护层上。可通过将EAP溶液以膜形状形成在所述保护层上且除去所述EAP溶液的溶剂而形成第二EAP层。
在另一总的方面中，提供多层电活性聚合物器件，其包括一个一个地堆叠的多个单元层对且划分成致动区域和邻近该致动区域的两侧的第一非致动区域及第二非致动区域。所述单元层对各自包括由EAP形成的第一EAP层、配置以防止材料渗透到所述第一EAP层中的第一保护层、由导电材料形成且从所述致动区域延伸到所述第一非致动区域的第一活性电极、通过利用EAP在所述第一EAP层上形成的第二EAP层、配置以防止材料渗透到所述第二EAP层中的第二保护层、和由导电材料形成且从所述致动区域延伸到所述第二非致动区域的第二活性电极。所述保护层可在所述活性电极的下部和上部的至少一个上形成。
在另一总的方面中，提供制造多层电活性聚合物器件的方法。所述方法通过重复包括以下操作的序列实现。通过将EAP溶液以膜形状形成在划分成邻近致动区域的第一非致动区域和第二非致动区域的基底上且除去所述EAP溶液的溶剂制造第一EAP层。在所述第一EAP层上形成保护层。形成第一活性电极以覆盖至少所述致动区域且延伸至所述第一非致动区域。通过将EAP溶液以膜形状形成在其上形成所述第一活性电极的所述保护层上且除去所述EAP溶液的溶剂形成第二EAP层。在所述第二EAP层上形成第二保护层。形成第二活性电极以覆盖至少所述致动区域且延伸至所述第二非致动区域。可交换形成所述保护层和所述活性电极的顺序。或者，所述方法可进一步包括在已形成所述活性电极之后形成保护层。
从结合附图考虑公开示例性实施方式的以下详细描述，其它特征将对本领域技术人员变得明晰。
附图说明
图1为显示多层电活性聚合物器件的示意性构造的实例的透视图。
图2A和2B为各自显示形成图1的多层EAP器件的单元层的透视图。
图3A为沿着图2A的线Y-Y’所取的横截面图。
图3B和3C为各自显示图3A的替代实施方式的横截面图。
图4A～4F为显示用于保护层的材料的分子式的图。
图5为显示多层EAP致动器的驱动电压随单元层厚度的变化的图。
图6为沿着图1的线X-X’所取的横截面图。
图7为显示对应于图6的虚线的部分的放大图。
图8为显示互连电极的实例的图。
图9A为显示具有多层EAP致动器的变焦流体透镜的实例的构造的部分横截面图。
图9B为显示图9A的变焦流体透镜的分解透视图。
图10A～10J为显示制造图5的多层EAP器件的方法的横截面图。
图11为显示在不存在保护层时对多层EAP器件中的在下面的层造成的损坏的图。
在整个附图和详细描述中，元件、特征和结构用相同的附图标记表示，且为了清楚和方便，在附图中可放大一些元件的尺寸和部分。
具体实施方式
提供以下详细描述以帮助读者获得本文中所描述的方法、装置和/或系统的全面理解。本文中描述的系统、装置和/或方法的各种变化、改进和等同物将呈现在本领域技术人员心中。省略公知的功能和结构的描述以提高清楚性和简明性。在示例性实施方式的描述中，将理解，当一个层(或膜)、区域、图案或结构被称为“在”另一基底、另一层(或膜)、另一区域、另一垫或另一图案“上(上面/上方/上部)”或“下(下面/下方/下部)”时，其可直接在所述另一基底、层(或膜)、区域、垫或图案上，或者还可存在中间层。
电活性聚合物器件可应用于能够使用发生力(generativeforce)连同由电刺激导致的变形的各种类型的电子器件中。例如，EAP器件可包括配置以将电能转化为机械能的致动器或振动膜、将机械能转化为电能的传感器、或储存电荷的电容器。
下面描述的多层EAP器件是指具有预定结构的EAP器件，其中多个薄的EAP层一个一个地堆叠且具有相反极性的活性电极交替地插入在所述EAP层之间。即，所述多层EAP器件具有其中各自具有EAP层和在所述EAP层表面上形成的活性电极的多个单元层一个一个地堆叠的结构。通常，所述单元层的堆叠使得可降低致动器或振动膜的驱动电压、放大传感器中产生的电流、或者增加电容器的电容。然而，所述单元层的堆叠的效用不限于此。
图1为显示多层电活性聚合物器件的示意性构造的实例的透视图。图2A和2B为各自显示形成图1的多层EAP器件的单元层的透视图。如图1、2A和2B中所示，电活性聚合物器件100包括保护层(即保护性层)120和EAP层110，保护层120指由附图标记120a和120b描绘的保护层，EAP层110指由附图标记110a和110b描绘的EAP层。为了方便起见，图1、2A和2B未显示配置以连接延伸电极140的部件和用于驱动多层EAP器件100的电路以及其它外围结构如固定框，延伸电极140指由附图标记140a和140b描绘的延伸电极。所述部件可包括在非致动区域II和III中形成的通孔(图6中的H1和H2)和公共电极(图6中的151和152)。
多层EAP器件100具有方形的平面形状，但多层EAP器件100的形状不限于此。根据另一实例，取决于多层EAP器件100的应用类型，多层EAP器件100可具有多种平面形状。例如，多层EAP器件100可具有图9A和9B中所示的多边形平面形状。
如图1、2A和2B中所示，多层EAP器件100划分成致动区域I和非致动区域II和III。多层EAP器件100的这样的划分不仅是基于物理结构而且是基于功能特性决定的。例如，致动区域I可指在多层EAP致动器中施加驱动电压时提供位移的区域、当在多层EAP传感器中发生变形时产生电流的区域、和在多层电容器中储存电荷的区域。从而，致动区域I的平面形状可对应于插入在具有相反极性的两个活性电极之间的平面的形状。致动区域I的平面形状可以多种形式实施。例如，致动区域I的平面形状可以具有至少两个彼此平行的边的梯形提供，或者可以圆形提供。
在广义上，非致动区域II和III是指多层EAP器件100的不包括致动区域I的部分。在狭义上，非致动区域II和III可指用于一个一个地堆叠的活性电极的电连接的部分。非致动区域II和III可包括至少两个邻近致动区域I的部分，即第一非致动区域II和第二非致动区域III。在这种情况中，非致动区域II和III可用于电连接堆叠的活性电极130，活性电极130指由附图标记130a和130b描绘的活性电极。或者，非致动区域II和III可用于将多层EAP器件100物理固定至另一部件，例如固定框。
多层EAP器件100具有包括一个一个地堆叠的多个单元层对，详细地，包括一个一个地交替堆叠的两种类型的单元层的结构。例如，当图6中所示的多层EAP致动器100包括8个单元层时，奇数层，包括第一层、第三层、第五层和第七层(在下文中，以‘A’表示和称作第一单元层)可具有图2A中所示的结构，且偶数层，包括第二层、第四层、第六层和第八层(在下文中，以‘B’表示和称作第二单元层)可具有图2B中所示的结构。或者，所述奇数层可具有第二单元层‘B’的结构且所述偶数层可具有第一单元层‘A’的结构。
如图2A和2B中所示，第一单元层A和第二单元层B各自包括EAP层110a和110b、保护层120a和120b、活性电极130a和130b、以及延伸电极140a和140b。第一单元层A和第二单元层B各自划分成致动区域I和非致动区域II和III。不管在第一单元层A和第二单元层B之间的单元层的类型如何，致动区域I包括EAP层110a和110b、保护层120a和120b、以及活性电极130a和130b。非致动区域II和III各自包括EAP层110a和110b、保护层120a和120b、活性电极130a和130b、以及延伸电极140a和140b。
第一单元层A与第二单元层B在延伸电极140a和140b的布置方面不同。例如，第一单元层A的延伸电极140a和第二单元层B的延伸电极140b相对于活性电极130a和130b彼此相反地布置。然而，延伸电极140a和140b的布置不限于此，只要从第一单元层A到第二单元层B，延伸电极140a和延伸电极140b的位置不同。如上所述，通过从第一单元层A到第二单元层B改变延伸电极140a和140b的位置，第一单元层A的活性电极被分为一组且第二单元层B的活性电极被分为另一组，使得不同的电势被施加至不同的组。从而，图1中所示的多层EAP器件100具有其中连接至正电势的活性电极例如活性电极130a和连接至负电势的活性电极例如活性电极130b相对于活性区域I交替地布置的构造。或者，连接至正电势的活性电极130a和连接至负电势的活性电极130b对应于活性区域I的一侧在不同的层处布置。
图3A为沿着图2A的线Y-Y’所取的横截面图。在下文中，关于图2A的第一单元层A的堆叠结构进行以下描述。该描述可应用于图2B的第二单元层B的堆叠结构对本领域技术人员而言是显而易见的。
如图3A中所示，保护层120a形成于EAP层110a上，且活性电极130a形成于致动区域I中的保护层120a的上表面上。活性电极130a可具有覆盖至少整个致动区域I且延伸至非致动区域III的尺寸。配置活性电极130a的延伸至非致动区域III的部分以连接至延伸电极140a，且所述部分的尺寸和形状没有限制。连接至活性电极130a的延伸电极140a用于使一个一个地堆叠的活性电极130a电连接。下面将描述延伸电极140a的电连接。
单元层A和B的堆叠结构不限于此，且可以多种形式的堆叠结构实施。图3B和3C各自显示不同的单元层堆叠结构。如图3B中所示，对于单元层A’，活性电极130a和延伸电极140a形成于EAP层110a上，且保护层120a’形成于其上形成活性电极130a和延伸电极140a的EAP层110上。即，图3A中所示的单元层A具有以EAP层110a、保护层120a、及电极层130a和140a的顺序堆叠的结构。与单元层A不同，图3B中所示的单元层A’具有以EAP层110a、电极层130a和140a、及保护层120’的顺序堆叠的结构。图3C中所示的单元层A”与图3A和3B的单元层A和A’的差别在于在图3A中所示的包括EAP层110a、保护层120a、及电极层130a和140a的堆叠结构上额外形成第二保护层120a’。即，电极层130a和140a形成于第一保护层120a和第二保护层120a’之间。
如上所述，形成所述多层EAP器件的所述单元层进一步包括保护层，而不管在第一单元层A和第二单元层B之间的单元层的类型如何。所述保护层可形成在所述活性电极和所述延伸电极下面(参见图3A)、在所述活性电极和所述延伸电极上(参见图3B)、或者在所述活性电极和所述延伸电极下面和上面(参见图3C)。在下文中，将关于其中电极层130和140形成于保护层120上的单元层进行堆叠结构的描述，且仅关于与该实例的差别进行对于另一堆叠结构的描述。
再次参考图1、2A和2B，所述EAP层可使用以下形成，即由以下形成：通过电刺激能变形的介电聚合物。例如，EAP层110可使用以下形成，EAP层110指由附图标记110a和110b描绘的EAP层：介电弹性体如基于有机硅的介电弹性体或基于聚氨酯的介电弹性体、铁电聚合物如PVDF(聚偏氟乙烯)和P(VDF-TrFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)、以及弛豫铁电聚合物如P(VDF-TrFE-CFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯))。另外，可使用P(VDF-TrFE-CTFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯)。使用这样的介电聚合物形成的EAP层110可具有1μm或更小的厚度。
保护层120(指由附图标记120a和120b描绘的保护层)用于防止电极例如形成于EAP层110下面的活性电极130在制造多层EAP器件100的方法中通过溶液流延形成EAP层110时被损坏。溶液流延表示通过如下产生材料层的程序：将物质如电活性聚合物溶解于其中的溶液分配在基底上以形成所需形式的膜，和从所述溶液除去溶剂。溶液流延的代表性实例为旋涂、浸涂和喷涂。
当形成聚合物薄膜如EAP层110时，与作为通过将预制的聚合物薄膜转移至对准位置并通过热压缩使其粘附而产生材料层的程序的膜层叠方法相比，溶液流延具有以下优点。与膜层叠方法不同，溶液流延方法不需要转移和对准薄膜。溶液流延方法由此简化制造方法，且从而降低制造成本。另外，溶液流延方法可在比例如层叠小的空间中进行，因为其需要较少的工序和设备。溶液流延方法产生具有所需平坦上表面的聚合物薄膜而不管基底结构的轮廓如何，且提供层之间的优良的粘合力。另外，即使该薄膜的厚度降低至所需水平，溶液流延方法也产生具有较少污染或缺陷的薄膜。
然而，通常，溶液流延在形成包括一个一个地堆叠的多个聚合物薄膜的多层EAP器件中的EAP层的过程中具有有限的应用。这是因为如果使用溶液流延形成典型的多层EAP器件的EAP层，则溶液流延导致活性电极破裂、EAP层的表面损坏、或者得到薄膜的不均匀的厚度。
更详细地，使用具有约50nm或更小厚度的金属或导电聚合物形成所述多层EAP器件中包括的所述活性电极以使由于所述活性电极的厚度导致的所述多层EAP器件的位移的减小最小化。当使用溶液流延制造具有各自包括EAP层、活性电极和延伸电极而不具有保护层的多个单元层的常规多层EAP器件时，施加以形成上面的EAP层的溶液的溶剂可渗透到下面的EAP层中。这是因为上面的EAP层和下面的EAP层是使用相同的聚合物材料形成的，且施加以形成上面的EAP层的溶液的溶剂可类似地溶解下面的EAP层。如果上面的EAP层的溶剂渗透到下面的EAP层中且溶解下面的EAP层，则在下面的EAP层110中发生溶胀，且由此使EAP层110变形。结果，在形成于EAP层110的表面上的活性电极130中发生弯曲，且所述弯曲导致活性电极130的起皱。在更严重的情况下，活性电极130可破裂。活性电极130的起皱导致在驱动多层EAP器件100时电场的变化且使多层EAP器件100的性能退化。或者，多层EAP器件100可具有电击穿且多层EAP器件100的性能可退化。
通过参照显示不存在保护层时使用溶液流延形成多层EAP时可观察到的损坏的图11可更加理解以上描述的损坏。特别地，在图11左侧的图和照片显示在通过溶液流延形成之后的多层EAP器件的第一单元层(标题为“在Al沉积之后”)。如可以看出的，第一单元层未被溶液流延损坏。然而，当通过溶液流延在第一单元层上涂布第二单元层时，可发生的损坏示于图11右侧的图和照片(题为“在P(VDF-TrFE-CTFE)的旋涂之后”)中。如在晶片的照片中可以看出的，在下面的单元层已被溶剂从第二单元层到第一单元层中的渗透明显地损坏。当比较图11中晶片上的代表性电极的SEM照片时，所述损坏也是明显的。右边的SEM照片显示在额外的单元层的溶液流延时发生的对电极的损坏(当与显示在图11的左边的未损坏的电极比较时)。
不同于通常的多层EAP器件制造方法，根据示例性实施方式，在具有分别示于图3A或图3C中的单元层A或A”的多层EAP器件的EAP层110a的上表面上形成保护层120a。保护层120a防止当通过溶液流延方法在EAP层110a上形成另一EAP层110a时使用的EAP溶液的溶剂渗透到位于新形成的EAP层110a下面的EAP层110a中。类似地，在具有分别示于图3B或3C中的单元层A’或A”的多层EAP器件的EAP层110a或保护层120a的其上形成活性电极130a和延伸电极140a的上表面上形成保护层120a’。保护层120a’防止当通过溶液流延方法在EAP层110a上形成另一EAP层110a时使用的EAP溶液的溶剂渗透到邻近新形成的EAP层110a的EAP层110a中。如上所述，保护层120a’防止材料渗透到EAP层110a中，由此防止由于EAP层110a的溶胀导致的活性电极130a的起皱。结果，施加以驱动多层EAP器件100的电场保持恒定。
对于仅包括一个保护层的单元层如图3A和图3B中所示的分别包括保护层120a和120a’的单元层A和A’，保护层120a和120a’具有足以防止溶液渗透的预定厚度或更大，例如，然而，保护层120a和120a’的厚度需要足够薄以保证多层EAP致动器的合乎需要的量的位移。
由于图3C中所示的单元层A”的保护层120a和120a’布置在电极130a和140a的下面和上面的位置，即使图3C的保护层120a和120a’的总厚度比图3A和3B的单元层A和A’的保护层小，这也导致与图3A和3B的保护层相比在防止溶剂的渗透方面更高的效率。即，一个一个地堆叠的第一保护层120a、电极130a和140a、及第二保护层120a’形成整体且在防止溶剂的渗透方面产生优良的效率。例如，保护层120a和120a’的总厚度为约
对于图3C中所示的单元层A”，第一保护层120a保护下面的EAP层免遭溶剂的渗透，且第二保护层120a’在保护电极130a和140a免遭溶剂的渗透的同时增强第一保护层120a的功能。从而，优选第一保护层120a具有大于第二保护层120a’的厚度。例如，第一保护层120a可具有约的厚度且第二保护层120a’可具有约的厚度。
再次参考图1、2A和2B，为了防止当通过溶液流延方法形成EAP层时活性电极130被损坏，保护层120可使用不能溶解于EAP能溶解于其中的溶剂的材料形成。从而，该材料的类型随着形成EAP溶液的溶剂的类型而不同。为了使用溶液流延形成保护层120，使用能溶解于EAP不能溶解于其中的溶剂的聚合物材料形成保护层120。
例如，EAP层110可使用包含溶解于基于酮的溶剂中的P(VDF-TrFE-CFTE)聚合物的溶液通过溶液流延方法形成。由于P(VDF-TrFE-CFTE)聚合物不能溶解于水或醇中，保护层120可使用能溶解于水或醇中且不能溶解于基于酮的溶剂中的聚合物材料形成。例如，保护层120可包括选自聚乙烯基苯酚(PVP，参见图4A)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，参见图4B)、聚乙烯醇(PVA，参见图4C)、聚二甲基硅氧烷(PDMS，参见图4D)、聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP，参见图4E)和聚丙烯酸(PAA，参见图4F)、以及其组合的至少一种。更特别地，保护层120可包括选自PVP和PAA的至少一种。
取决于多层EAP器件100的类型，活性电极130具有不同的功能。例如，如果多层EAP器件100为将电能转化为机械能的电子器件如致动器或振动膜，则活性电极130用于感生电场，其导致EAP层110的变形。如果多层EAP器件100为将机械能转化为电能的电子器件如传感器，则活性电极130可容纳由于EAP层110的变形产生的电载流子。
活性电极130可使用导电材料形成。例如，活性电极130可包括选自金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铁(Fe)、其合金、或其组合的至少一种材料。或者，活性电极130可包括选自聚苯胺、聚吡咯、PEDOT[聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)]:PSS[聚(4-苯乙烯磺酸)]、以及其组合的至少一种材料。
使用金属形成的活性电极130具有不影响多层EAP器件100的性能的薄的厚度。例如，当使用具有高的导电性的金属形成活性电极130时，以约50nm或更小的厚度提供活性电极120。特别地，多层EAP器件100包括具有非电致动特性的保护层120，使得需要以尽可能薄的厚度提供致动电极130。
布置在非致动区域II和III上的延伸电极140电连接至从致动区域I延伸至非致动区域II和III的活性电极130。非致动区域II和III可为邻近致动区域I的区域，且它们的位置、尺寸和形状没有限制。通过延伸电极140向活性电极130施加驱动电压，或在活性电极130中收集的电流可通过延伸电极140流向外部电路。
延伸电极140可以能够使电阻最小化的形状和/或厚度提供。例如，延伸电极140可以条的形式在非致动区域II和III中提供，但延伸电极140的形状不限于此。延伸电极140可以比活性电极130的厚度大的厚度，例如，约50nm或更大的厚度提供。形成延伸电极140的金属材料可包括材料，该材料包括选自如下的至少一种：金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铁(Fe)、其合金、以及其组合，除对于激光是高度反应性的金属材料例如铝-铜(Al-Cu)合金和铝-钛合金以外。
如上所述，多层EAP器件100的活性电极130可使用以约50nm的薄的厚度提供的金属形成。然而，即使对于薄的金属，该金属也具有相对高的弹性模量且单元层具有包括一个一个地堆叠的多个层的结构，使多层EAP器件100的挠曲模量增加。另外，保护层120在电场下未显示显著的变形，因此包括保护层120的多层EAP器件100可具有比不具有保护层的多层EAP器件低的性能。
图5为显示多层EAP致动器的驱动电压对单元层厚度的变化的图。该图显示没有保护层的(通过层叠形成的)多层EAP致动器(由三角形表示的线)和多个包括一个保护层的多层EAP致动器的驱动电压。如先前所讨论的，具有保护层的多层EAP致动器包括使用铝形成的活性电极和使用PAA形成的保护层。关于图5中反映的数据，保护层具有280nm的固定厚度，而不管单元层的厚度如何。图5显示随着单元层厚度的变化，驱动电压是如何变化的，且显示即使厚度层的存在提高单元层的驱动电压，其也仅轻微地提高单元层的驱动电压。特别地，图5显示在所有厚度的活性电极中，具有保护层的多层EAP致动器具有轻微高于不包括保护层的层叠多层EAP致动器(由三角形表示)的驱动电压的驱动电压。因而，图5显示保护层的存在仅轻微地提高所得驱动电压且因而具有保护层的多层EAP致动器的性能的退化(相对于没有保护层的EAP致动器)是可忽略的。例如，图5显示如果单元层以1μm的厚度提供，则不具有保护层的多层EAP致动器具有约21V～22V的驱动电压，其仅比具有保护层的多层EAP致动器的驱动电压(24V)低约2或3V。
图6为沿着图1的线X-X’所取的横截面图。如图6中所示，多层EAP器件100包括八个单元层，其包括四个第一单元层A和四个第二单元层B，但示例性实施方式可以不同数目的单元层提供。在图1、2A和2B中所没有地，图6显示用于成组地电连接堆叠的活性电极131～138的公共电极151和152。在下文中，将关于作为多层EAP器件100的实例的多层EAP致动器进行以下描述，但其可应用于其它类型的多层EAP器件。
如图6中所示，多层EAP致动器包括各自划分为致动区域I和非致动区域II和III的八个单元层。所述单元层包括EAP层111～118、保护层121～128、活性电极131～138和延伸电极141～148。保护层121～128分别形成于EAP层111～118上。活性电极131～138各自形成于保护层121～128的一个表面上且在覆盖至少致动区域I的同时延伸至非致动区域II和III。延伸电极141～148形成于非致动区域II和III上且电连接至延伸至非致动区域II和III的活性电极131～138。
如上所述，保护层121～128以及电极131～138和141～148可交换位置。更详细地，所述活性电极和所述延伸电极在EAP层111～118的每一层上形成且所述保护层在其上形成所述活性电极和所述延伸电极的EAP层111～118的每一层上形成。或者，另一保护层可在其上形成活性电极131～138和延伸电极141～148的保护层121～128的每一层上形成(参见图3C)。
为了正驱动电压和负驱动电压交替施加至活性电极131～138，活性电极131～138分为两组活性电极，其中第一组活性电极连接至正电势且第二组活性电极连接至负电势。为此目的，同一组中包括的活性电极通过形成于非致动区域II和III上的互连电极结构彼此电连接。更具体地，对应于奇数单元层的第一单元层的活性电极131、133、135和137延伸至图3中布置在致动区域I右边的非致动区域III且与第一单元层的延伸电极141、143、145和147接触，并且第一单元层的延伸电极141、143、145和147通过第一公共电极151彼此接触。对应于偶数单元层的第二单元层的活性电极132、134、136和138延伸至图3中布置在致动区域I左边的非致动区域II且与第二单元层的延伸电极142、144、146和148接触，并且第二单元层的延伸电极142、144、146和148通过第二公共电极152彼此接触。
如上所述，多层EAP致动器100具有互连电极结构对。在狭义上，互连电极结构可指导电元件，包括延伸电极141～148以及公共电极151和152。或者，在广义上，除了导电元件之外，互连电极结构还可指形成非致动区域II和III的周围元件。例如，互连电极结构可包括EAP层、聚合物层、通孔、蚀刻终止层等。在下文中，将以广义描述互连电极结构。
如图6中的非致动区域II和III所示，互连电极结构包括多个非活性层以及公共电极151和152外加蚀刻终止层161和162。蚀刻终止层161和162防止支持多层EAP致动器100的基底S被蚀刻。公共电极151和152的下部各自与蚀刻终止层161和162的相应上表面部分地接触。将随后进行对其的描述。
在非致动区域III中，多个非活性层包括EAP层111～118、分别在EAP层111～118上形成的保护层121～128、以及分别在第一单元层的保护层121、123、125和127上形成的延伸电极141、143、145和147。延伸电极141、143、145和147分别与活性电极131、133、135和137接触。类似地，在非致动区域II中，多个非活性层包括EAP层111～118、分别在EAP层111～118上形成的保护层121～128、以及分别在第二单元层的保护层122、124、126和128上形成的延伸电极142、144、146和148。延伸电极142、144、146和148分别与活性电极132、134、136和138接触。在下文中，将关于非致动区域III进行以下描述，但其可应用于非致动区域II。
延伸电极141～148由导电材料形成，且对于延伸电极141～148的材料没有特别限制。延伸电极141～148可由对激光的反应性比聚合物差的材料形成。例如，延伸电极141～148可由选自金(Au)、铜(Cu)、钛(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、和铁(Fe)、以及其合金的材料形成。铝(Al)与铜(Cu)的合金或者铝(Al)与钛(Ti)的合金对激光具有大的反应性且不适于延伸电极141～148的材料。如果延伸电极141～148由金属形成，则使用一步激光方法形成具有逐步增加的直径的通孔H1一直穿过堆叠的非致动层。延伸电极141～148可各自具有比活性电极131～138各自的厚度大例如50-500nm的厚度。
形成通孔H1和H2一直穿过非致动层。通孔H1和H2可具有朝向最上面的非致动层逐步增加的直径。结果，在非致动区域III中，形成于保护层121、123、125和127上的延伸电极141、143、145和147的宽度在向上的方向上减小。在非致动区域II中，形成于保护层122、124、126和126上的延伸电极142、144、146和148的宽度在向上的方向上减小。通孔H1和H2的这样的结构容许延伸电极141、143、145和147的单独的上表面的一些部分暴露。即，单独的延伸电极141、143、145和147的一些部分分别被分别形成于单独的延伸电极141、143、145和147的上表面上的EAP层覆盖。然而，单独的延伸电极141、143、145和147的剩余部分通过通孔H1和H2暴露。
通孔H1中形成有公共电极151(类似地，通孔H2中形成有公共电极152)。公共电极151可以均匀的厚度提供以对应于通孔H1的轮廓或具有取决于在通孔H1内的位置的厚度。或者，公共电极151可完全填充在通孔H1中。在任何以上情况中，公共电极151至少具有阶梯状轮廓。这样的公共电极151与延伸电极141、143、145和147的单独的上表面进行接触，使得延伸电极141、143、145和147彼此电连接。从而，分别与延伸电极141、143、145和147进行接触的活性电极131、133、135和137彼此电连接。
图7为显示对应于图6的虚线的部分的放大图。如图7中所示，包括第二EAP层112、第二保护层122、第三EAP层113、第三保护层123和第三延伸电极143的第二非致动层具有比包括第一EAP层111、第一保护层121和第一延伸电极141的第一非致动层的宽度小的宽度。从而，在第一延伸电极141的上表面的部分141a上不形成第二非致动层。类似地，在第三延伸电极143的上表面的部分143a上不形成第三非致动层。
如上所述，根据其中延伸电极的部分141a和143a暴露且通孔H1在非致动层中具有逐步增加的直径的非致动层的结构，在通孔H1中形成的公共电极151具有阶梯状轮廓。由于公共电极151具有阶梯状轮廓，公共电极151的下表面和侧面与延伸电极141、143、145和147接触，由此增加接触面积。从而，图6中所示的互连电极结构提供在公共电极151与延伸电极141、143、145和147之间改善的电连通性，且因此，延伸电极141、143、145和147与活性电极131、133、135和137之间的电连通性也改善。
图8为显示互连电极的实例的图。如图8中所示，除多个非致动层和公共电极151’之外，互连电极结构可进一步包括蚀刻终止层161’。所述非致动层包括EAP层111’～118’、分别形成于EAP层111’～118’上的保护层121’～128’、以及分别形成于第一单元层的保护层121’、123’、125’和127’的上表面上的延伸电极141’、143’、145’和147’。延伸电极141’、143’、145’和147’分别连接至第一单元层的活性电极131’、133’、135’和137’。
与图6中所示的其中形成有通孔的互连电极结构不同，图8中所示的互连电极结构包括非致动层，其以一侧具有阶梯轮廓形成且因此具有向上逐步减小的宽度。从而，EAP层111’～118’、保护层121’～128、以及分别形成于第一单元层的保护层121’、123’、125’和127’上的延伸电极141’、143’、145’和147’的宽度在向上的方向上减小。所述非致动层的这样的结构容许延伸电极141’、143’、145’和147’的单独的上表面的一些部分暴露。另外，单独的延伸电极141’、143’、145’和147’的暴露的上表面与公共电极151’进行接触。这样，将堆叠的延伸电极141’、143’、145’和147’彼此连接的公共电极151’形成阶梯状轮廓且由此改善公共电极151’对于延伸电极141’、143’、145’和147’的电连接。
以上描述的多层EAP器件是小且薄的并且还提供大的位移，且由此可提供宽范围的应用。例如，所述多层EAP致动器可应用于变焦流体透镜。变焦流体透镜是在用于移动设备的高性能照相机中使用的微型图像传感器模块(ISM)的容许如自动聚焦(AF)功能、光学图像稳定(OIS)功能和变焦功能等功能的器件。
图9A为显示具有多层EAP致动器的变焦流体透镜的实例的构造的部分横截面图。图9B为显示图9A的变焦流体透镜的分解透视图。如图9A和9B中所示，变焦流体透镜包括基底10、间隔框20、膜30、多层EAP致动器100’和致动器框40。多层EAP致动器100’是图1中所示的多层EAP致动器100的实例。
基底10由透明材料例如玻璃或透明聚合物形成。间隔框20用于限定变焦流体透镜的内部空间，其可填充有光学流体且可由非透明材料如硅(Si)形成。所述内部空间划分成上部和下部。所述上部划分成在所述内部空间的中央形成的透镜部分和多个驱动部分。所述下部可形成为一个空间使得光学流体一直流过所述下部的内部空间。
膜30覆盖至少所述透镜部分，用作透镜表面。膜30可覆盖或者可不覆盖所述驱动部分。所述透镜部分填充有光学流体以用作容许入射光从其中穿过的透镜。所述驱动部分传输能够改变膜30的覆盖所述透镜部分的部分(透镜表面)的轮廓的驱动力。尽管所述变焦流体透镜的实例包括在所述透镜部分的各个外侧形成的四个驱动部分，但是所述驱动部分可以不同的数目和位置提供。
如所描绘的，多层EAP致动器100’布置于膜30上。特别地，多层EAP致动器100’的致动区域覆盖至少所述驱动部分。如果施加驱动电压，则多层EAP致动器100’产生向下的位移且向活性电极(图6中的131～138)施加预定的压力。随着从活性电极的上侧向其施加预定的压力，所述驱动部分中包含的光学流体朝向所述透镜部分移动。从所述驱动部分转移的光学流体增加所述透镜部分中包含的光学流体的量，且所述透镜部分向上膨胀。
致动器框40布置在多层EAP致动器100’上以将膜30和/或多层EAP致动器100’牢固地固定至间隔框20。固定框40可具有暴露至少所述透镜部分的平面形状且可暴露多层EAP致动器100’。固定框40可由硅形成。
在下文中，将参照图10A～10J描述在基底上制造图6的多层EAP器件100的方法。图10A～10J为显示制造图6的多层EAP器件的方法的横截面图。为了方便起见，将关于制造一个多层EAP器件100的方法进行以下描述。然而，当在晶片级工艺中以矩阵同时形成多个多层EAP器件时，可应用该方法。制造多层EAP器件100的方法包括在基底上交替堆叠两种类型的单元层(参见图2A和2B)和在堆叠的单元层的非致动区域II和III中形成互连电极结构。
根据该实例，以EAP层、保护层和电极的顺序形成单元层。然而，可交换形成所述保护层和所述电极的顺序(参见图3B)。或者，可以EAP层、第一保护层、电极和第二保护层的顺序形成单元层(参见图3C)，在该情况中，向将在下面描述的制造多层EAP器件的方法添加形成第二保护层的过程。
如图10A中所示，首先，制备基底S。所述基底可包括使用硅形成的致动器框。所述基底的底表面可具有拥有对应于活性区域I的尺寸的沟槽使得基底S的对应于活性区域I的部分在后面的过程中容易地除去。尽管未在附图中示出，但在基底S的表面上可进一步形成绝缘层如氧化硅层(SiO2)。
在基底S上形成蚀刻终止层161和162。蚀刻终止层161和162防止基底S在将随后参照图10I描述的通孔形成过程中被蚀刻。从而，蚀刻终止层161和162在确定作为非致动区域II和III的位置上形成。在其中将激光束用于通孔形成过程的情况中，蚀刻终止层161和162可由对激光束具有高的耐受性的材料形成。
如图10B中所示，在其上形成蚀刻终止层161和162的基底S上形成第一EAP层111。第一EAP层111通过溶液流延形成。例如，第一EAP层111可使用P(VDF-TrFE-CFE)聚合物形成。在这种情况中，将P(VDF-TrFE-CFE)聚合物溶解于溶剂如甲基异丁基酮(MIBK)或甲基丁基酮(MBK)中以获得EAP溶液。将所述EAP溶液施加至所述基底且然后以所需形状例如膜形状展开。所述EAP溶液可通过旋涂成形。通过利用其挥发性特性，从所施加的溶液除去溶剂，由此形成第一EAP层111。第一EAP层111可完全覆盖蚀刻终止层161和162或者可部分地暴露蚀刻终止层161和162。第一EAP层111可以约1μm或更小的厚度提供。
在第一EAP层111上形成第一保护层121。制造第一保护层121的方法没有限制。例如，第一保护层121可通过旋涂形成。如果使用包含溶解P(VDF-TrFE-CFE)聚合物的MIBK或MBK溶剂的溶液形成第一EAP层111，则可使用包含能溶解于水或醇中的预定聚合物的溶液通过旋涂形成第一保护层121。例如，所述用于形成保护层121的聚合物可为包括选自如下的至少一种的聚合物：聚乙烯基苯酚(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP)和聚丙烯酸(PAA)、以及其组合。
如图10C中所示，在第一保护层121上形成第一活性电极131。第一活性电极131可覆盖致动区域I且延伸至非致动区域III。第一活性电极131可由导电聚合物或包括选自如下的至少一种的金属材料形成：金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铁(Fe)、以及其组合。当第一活性电极131使用金属材料形成时，可通过通常的沉积方案如溅射和物理气相沉积(PVD)沉积该金属材料。
如图10D中所示，在非致动区域III上形成第一延伸电极141。第一延伸电极141在第一保护层121上形成且具有与第一活性电极131进行接触，具体地与第一活性电极141的延伸至非致动区域III的部分进行接触的部分。第一延伸电极141可由具有低电阻且具有比聚合物低的对激光束的反应性的材料形成。例如，第一延伸电极141可由选自金(Au)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、钼(Mo)和铝(Al)的金属形成且可以约50～5000nm的厚度提供。第一延伸电极141可使用与第一活性电极131相同的方法形成。
如图10E中所示，在其上形成第一活性电极131和第一延伸电极141的第一保护层121上形成第二EAP层112。第二EAP层112可通过与第一EAP层相同的方法形成，且具有与第一EAP层相同的厚度和材料。即，第二EAP层112可通过所述溶液流延形成。在这种情况中，第一保护层121防止来自第二EAP层112的溶剂渗透到第一活性电极131和第一延伸电极141中。此后，第二保护层122通过与第一保护层121相同的制造方法在第二EAP层112上形成，且具有与第一保护层121相同的厚度和材料。
如图10F中所示，在第二保护层122上形成第二活性电极132。第二活性电极132覆盖致动区域I且延伸至非致动区域II。由于第二活性电极132的制造方法、厚度和材料与第一活性电极131的那些相同，将省略其详细描述。如图10G中所示，在非致动区域II上形成第二延伸电极142。第二延伸电极142形成于第二保护层122上且具有与第二活性电极132进行接触，具体地与第二活性电极132的延伸至非致动区域II的部分进行接触的部分。由于第二延伸电极142的制造方法、厚度和材料与第一延伸电极141的那些相同，将省略其详细描述。
如图10B～10G中所示，重复包括EAP层、保护层、活性电极和延伸电极的形成的序列预定次数，例如，4次，由此形成图10H中所示的堆叠结构。
如图10I中所示，蚀刻堆叠结构的非致动区域II和III，具体地，非致动区域II和III的延伸电极141～148、对应于延伸电极141～148的中间部分的保护层121～128和EAP层111～118，由此形成通孔H1和H2。以具有向上增加的直径的阶梯形状提供通孔H1和H2使得延伸电极141～148的单独的上表面的一些部分被暴露。为了形成根据另一实例的阶梯形状，可蚀刻延伸电极141～148、对应于延伸电极141～148的外边缘的保护层121～128和EAP层111～118。
形成延伸电极141～148的金属材料与形成保护层121～128和EAP层111～118的聚合物材料在物理性质方面例如在弹性模量和热膨胀系数方面呈现出差异。如果物理切割EAP层111～118、保护层121～128和延伸电极141～148以在图10H中所示的堆叠结构的非致动区域II和III中形成通孔，则聚合物层111～118和121～128的切割部分膨胀且覆盖延伸电极141～148的切割部分。这是由于在切割过程期间产生的热或聚合物的固有物理性质导致的。如果延伸电极141～148的切割部分不暴露，则堆叠的延伸电极141～148不易彼此连接。另外，常规的蚀刻技术如干法蚀刻或湿法蚀刻可损坏聚合物层111～118和121～128且还可导致分层，因而难以将这样的常规蚀刻技术应用于形成通孔中。
为了形成具有向上增加的直径的通孔H1和H2，使用与聚合物强烈反应但与形成延伸电极141和148的金属不太强烈地反应的激光蚀刻聚合物层111～118和121～128以及延伸电极141～148。所述激光可为二氧化碳(CO2)激光或绿色激光。对用于蚀刻的激光没有特别限制。
特别地，假定将具有预定能量的激光如二氧化碳激光入射到所述堆叠结构的左侧的非致动区域II上。所述激光除去大量的由对于激光具有大的反应性的聚合物形成的第八EAP层118和第八保护层128，且该过程使用少量的能量消耗进行。在那之后，穿过第八EAP层118和第八保护层128的所述激光束到达第七延伸电极147。然而，第七延伸电极147由对所述激光具有低反应性的金属材料形成，因此需要相对大量的激光能量以蚀刻第七延伸电极147。结果，在激光蚀刻期间，第七延伸电极147的被除去的部分小于第八EAP层118和第八保护层128的被除去的部分，即当在图6中观察时，第七延伸电极137的被除去的部分的宽度比第八EAP层118和第八保护层128的被除去的部分的宽度窄。这样，减少量的激光向下穿过第七延伸电极147。然而，当蚀刻第六EAP层、第七EAP层、以及保护层116、117、126和127时，未消耗额外的能量且第六和第七EAP层及保护层116、117、126和127的被除去的部分的宽度与第八延伸电极148的几乎相同。
如上所述，使用激光消耗大量的能量以蚀刻延伸电极141、143、145和147，因此所述激光的能量功率在向下的方向上逐步地或不连续地减小。结果，如图6中所示，在堆叠结构的非致动区域II和III中形成具有阶梯状轮廓的通孔H1和H2，且延伸电极141～148的部分通过通孔H1和H2暴露。
如图10J中所示，在非致动区域II和III的通孔H1和H2中形成公共电极151和152。公共电极151和152由导电材料如金属形成且对形成公共电极151和152的方法没有限制。公共电极151和152可以预定的厚度例如1000nm或更大形成以对应于通孔H1和H2的轮廓。或者，公共电极151和152可以大的厚度形成以完全填充通孔H1和H2。这样的公共电极151和152具有阶梯状轮廓，其与延伸电极141～148的暴露的上表面进行接触。
以上已描述了许多示例性实施方式。然而，将理解，可进行各种改进。例如，如果以不同的顺序进行所描述的技术和/或如果将所描述的系统、结构、器件或电路中的部件以不同的方式组合和/或用其它部件或其等同物替代或补充，可得到合适的结果。从而，其它示例性实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (33)

1.多层电活性聚合物(EAP)器件，其包括一个一个地堆叠的多个单元层，其中所述多个单元层各自包括：
由电活性聚合物(EAP)形成的EAP层；
配置以防止材料渗透到所述EAP层中的保护层，其中所述材料为通过溶液流延方法在EAP层上形成另一EAP层时使用的EAP溶液的溶剂；和
活性电极。
2.权利要求1的多层EAP器件，其中所述保护层形成于所述EAP层上。
3.权利要求1的多层EAP器件，其中所述保护层形成于所述活性电极上。
4.权利要求1的多层EAP器件，其中所述保护层包括第一保护层和第二保护层，且所述活性电极设置于所述第一保护层和所述第二保护层之间。
5.权利要求1的多层EAP器件，其中所述保护层由不能溶解于所述EAP能溶解于其中的第一溶剂的聚合物形成。
6.权利要求5的多层EAP器件，其中所述保护层的所述聚合物进一步能溶解于所述EAP不能溶解于其中的第二溶剂。
7.权利要求5的多层EAP器件，其中所述EAP层由聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯、或聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯形成，
和所述保护层包括选自聚乙烯基苯酚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚(4-乙烯基吡啶)和聚丙烯酸、以及其组合的至少一种。
8.权利要求1的多层EAP器件，其中所述活性电极由金属材料或导电聚合物形成，所述金属材料或所述导电聚合物具有100nm或更小的厚度。
9.权利要求8的多层EAP器件，其中所述金属材料包括选自金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铁(Fe)及其组合的至少一种。
10.权利要求8的多层EAP器件，其中所述导电聚合物包括选自聚苯胺、聚吡咯、PEDOT[聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)]:PSS[聚(4-苯乙烯磺酸)]、以及其组合的至少一种。
11.权利要求1的多层EAP器件，其中所述EAP包括基于有机硅的介电弹性体或基于聚氨酯的介电弹性体。
12.权利要求1的多层EAP器件，其中所述多个单元层各自进一步包括电连接至所述活性电极的延伸电极，其中在所述一个一个地堆叠的单元层中的两个邻近单元层的延伸电极相对于所述活性电极彼此相反地布置。
13.权利要求12的多层EAP器件，进一步包括将所述延伸电极各自的侧面电连接至顶面的公共电极。
14.权利要求13的多层EAP器件，进一步包括与所述公共电极的一个表面进行接触的蚀刻终止层；和
包括在向上的方向上增加的宽度的通孔，
其中所述公共电极布置于所述通孔中。
15.权利要求13的多层EAP器件，进一步包括以一侧具有阶梯轮廓形成的多个非活性层；和
与所述公共电极的一个表面接触的蚀刻终止层，其中所述公共电极形成于所述非活性层的所述一侧上。
16.权利要求1的多层EAP器件，其中所述EAP层由选自P(VDF-TrFE-CFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯))和P(VDF-TrFE-CTFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯))的电活性聚合物形成，和
所述保护层选自聚乙烯基苯酚和聚丙烯酸。
17.制造多层电活性聚合物(EAP)器件的方法，该方法包括：
通过将EAP溶液以第一膜形状形成在基底上且除去所述EAP溶液的溶剂形成第一EAP层；
形成配置以防止材料渗透到所述第一EAP层中的保护层，其中所述材料为通过溶液流延方法在EAP层上形成另一EAP层时使用的EAP溶液的溶剂；
形成活性电极；和
通过将EAP溶液以第二膜形状形成在所述保护层上且除去所述EAP溶液的溶剂形成第二EAP层。
18.权利要求17的方法，其中在所述第一EAP层上形成所述保护层且在所述保护层上形成所述活性电极。
19.权利要求17的方法，其中在所述第一EAP层上形成所述活性电极且在其上形成所述活性电极的所述第一EAP层上形成所述保护层。
20.权利要求17的方法，其中所述保护层包括第一保护层和第二保护层，且所述保护层的形成和所述活性电极的形成包括：
在所述第一EAP层上形成所述第一保护层；
在所述第一保护层上形成所述活性电极；和
在其上形成所述活性电极的所述第一保护层上形成所述第二保护层。
21.权利要求17的方法，其中所述保护层由不能溶解于所述EAP溶液的溶剂的聚合物形成。
22.权利要求21的方法，其中所述保护层由能溶解于所述EAP不能溶解于其中的溶剂的聚合物形成。
23.权利要求17的方法，其中在所述第一EAP层和所述第二EAP层的形成中，通过旋涂将所述EAP溶液以所述第一膜形状和所述第二膜形状形成。
24.权利要求17的方法，其中由选自P(VDF-TrFE-CFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯))和P(VDF-TrFE-CTFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯))的EAP通过将第一EAP溶液以第一膜形状形成在基底上且从所述第一EAP溶液除去溶剂形成第一EAP层，
由选自聚丙烯酸和聚乙烯基苯酚的聚合物形成保护层，和
通过将选自P(VDF-TrFE-CFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯))和P(VDF-TrFE-CTFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯))的EAP的第二EAP溶液以第二膜形状形成在所述保护层上且从所述第二EAP溶液除去溶剂形成第二EAP层。
25.多层电活性聚合物(EAP)器件，包括：
多个单元层对，其一个一个地堆叠且划分成致动区域以及邻近所述致动区域的两侧的第一非致动区域和第二非致动区域，
其中所述单元层对各自包括：
由EAP形成的第一EAP层；
配置以防止材料渗透到所述第一EAP层中的第一保护层，其中所述材料为通过溶液流延方法在EAP层上形成另一EAP层时使用的EAP溶液的溶剂；
从所述致动区域延伸至所述第一非致动区域的第一活性电极；
由所述EAP形成的第二EAP层，所述第二EAP层布置于所述第一EAP层上；
配置以防止材料渗透到所述第二EAP层中的第二保护层，其中所述材料为通过溶液流延方法在EAP层上形成另一EAP层时使用的EAP溶液的溶剂；和
从所述致动区域延伸至所述第二非致动区域的第二活性电极。
26.权利要求25的多层EAP器件，其中所述第一保护层形成于所述第一EAP层上且所述第二保护层形成于所述第二EAP层上。
27.权利要求25的多层EAP器件，其中所述第一保护层形成于所述第一活性电极上且所述第二保护层形成于所述第二活性电极上。
28.权利要求25的多层EAP器件，其中所述第一保护层具有多个第一保护子层，和所述第二保护层具有多个第二保护子层，且所述第一活性电极在所述多个第一保护子层之间形成和所述第二活性电极在所述多个第二保护子层之间形成。
29.权利要求25的多层EAP器件，其中所述第一保护层和所述第二保护层由聚合物形成，所述聚合物不能溶解于所述EAP能溶解于其中的第一溶剂且能溶解于所述EAP不能溶解于其中的第二溶剂。
30.权利要求25的多层EAP器件，其中所述单元层对各自进一步包括：
形成于所述第一非致动区域上且电连接至所述第一活性电极的第一延伸电极；和
形成于所述第二非致动区域上且电连接至所述第二活性电极的第二延伸电极，
其中所述多层电活性聚合物器件进一步包括：
将在所述第一非致动区域中一个一个地堆叠的所述第一延伸电极彼此电连接的第一公共电极；和
将在所述第二非致动区域中一个一个地堆叠的所述第二延伸电极彼此电连接的第二公共电极。
31.权利要求30的多层EAP器件，其中在所述多个单元层对的所述第一非致动区域中形成具有在向上的方向上逐步增加的宽度的第一通孔以暴露所述第一延伸电极的上表面的部分，
在所述多个单元层对的所述第二非致动区域中形成具有在向上的方向上逐步增加的宽度的第二通孔以暴露所述第二延伸电极的上表面的部分，和
在所述第一通孔中形成所述第一公共电极且在所述第二通孔中形成所述第二公共电极。
32.权利要求30的多层EAP器件，其中所述第一非致动区域中的所述多个单元层对以一侧具有暴露所述第一延伸电极的上表面的部分的一个阶梯轮廓的方式形成，
所述第二非致动区域中的所述多个单元层对以一侧具有暴露所述第二延伸电极的上表面的部分的另一阶梯轮廓的方式形成，和
所述第一公共电极形成于所述第一非致动区域中的所述多个单元层对的所述一侧上且所述第二公共电极形成于所述第二非致动区域中的所述多个单元层对的所述一侧上。
33.权利要求25的多层EAP器件，其中所述第一EAP层和所述第二EAP层各自独立地包括选自P(VDF-TrFE-CFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯))和P(VDF-TrFE-CTFE)(聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯))的EAP；和
其中所述第一保护层和所述第二保护层各自独立地包括选自聚丙烯酸和聚乙烯基苯酚的聚合物。
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