CN103998777B - 致动器 - Google Patents
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Abstract
为了解决在层之间产生空隙的问题,本发明提供了一种致动器,包括:导电聚合物层(31);环境温度熔盐层(35);以及相对电极层(34);其中,环境温度熔盐层(35)被插入在导电聚合物层(31)与相对电极层(34)之间,环境温度熔盐层(35)包括在其内侧的粘合层(33);粘合层(33)的一个表面粘合到导电聚合物层(31);并且粘合层(33)的另一表面粘合到相对电极层(34)。
Description
技术领域
本发明涉及致动器。
背景技术
专利文献1公开了一种致动器,包括:导电聚合物层、环境温度熔盐层和电极层。更具体地,参见专利文献1中包括的图13B。
图1示出了非专利文献1中示出的致动器1的示意性横截面图。致动器1包括层压层21。图1中所示的致动器1包括两个层压层21a-21b。
层压层21a包括导电聚合物层31、相对电极层34和环境温度熔盐层35。图1中所示的层压层21a包括第一导电聚合物层31a、第一环境温度熔盐层35a、相对电极层34、第二环境温度熔盐层35b和第二导电聚合物层31b。
支撑层32形成在层压层21a的正面和反面上。更具体地,第一支撑层32a和第二支撑层32b分别形成在层压层21a的正面和反面上。
层压层21a(在下文中称作“第一层压层21a”)堆叠且层压在层压层21b(在下文中称作“第二层压层21b”)上。粘合膜36被插入在两个层压层21a与21b之间。粘合膜36被插入在第一层压层21a中包含的第二支撑层32b与第二层压层21b中包含的第一支撑层32a之间以将这些层相互粘合。
每一个导电聚合物层31电连接到在致动器1的一侧上设置的第一电极26。每一个相对电极层34电连接到在致动器1的另一侧上设置的第二电极27。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]美国专利No.7,679,268(对应于日本专利No.3959104)
[非专利文献]
[非专利文献1]M.Hiraoka et al.″HIGH PRESSURE PUMP AS LAB ON CHIPCOMPONENT FOR MICRO-FLUIDIC INTEGRATED SYSTEM″,IEEE MEMS 2011 TechnicalJournal,1139-1142
发明内容
[技术问题]
通过第一电极26和第二电极27,负电压和正电压被分别施加到导电聚合物层31和相对电极层34。当施加该电压差时,导电聚合物层31的厚度增加。这是因为阳离子从环境温度熔盐层35移动到导电聚合物层31。
然后,正电压和负电压被分别施加到导电聚合物层31和相对电极层34。当施加该电压差时,导电聚合物层31的厚度减小以使致动器1返回其原始状态。这是因为阳离子从导电聚合物层31移动到环境温度熔盐层35。致动器1以这种方式操作。
然而,如图2中所示,当导电聚合物层31的厚度的增加和减小重复时,在这些层之间产生了空隙。由于该空隙,阳离子难以在导电聚合物层31与环境温度熔盐层35之间移动。因此,致动器1不能操作。
本发明的目的是提供解决该问题的致动器。
[问题的解决方案]
涉及下面的项1至6的本发明解决了上面提到的问题。
1.一种致动器,包括:
导电聚合物层31;
环境温度熔盐层35;以及
相对电极层34;其中,
所述环境温度熔盐层35被插入在所述导电聚合物层31与所述相对电极层34之间,
所述环境温度熔盐层35包括在其内部的粘合层33;
所述粘合层33的一个表面粘合到所述导电聚合物层31;以及
所述粘合层33的另一个表面粘合到所述相对电极层34。
2.根据项1所述的致动器,其中,
所述环境温度熔盐层35包括在其内部的多个粘合层33;以及
当在透视顶视图中观察时,所述多个粘合层33散布在所述环境温度熔盐层35中。
3.一种用于驱动致动器的方法,所述方法包括:
(a)制备所述致动器,所述致动器包括:
导电聚合物层31;
环境温度熔盐层35;以及
相对电极层34;其中,
所述环境温度熔盐层35被插入在所述导电聚合物层31与所述相对电极层34之间,
所述环境温度熔盐层35包括在其内部的粘合层33;
所述粘合层33的一个表面粘合到所述导电聚合物层31;以及
所述粘合层33的另一个表面粘合到所述相对电极层34;
(b)将负电压和正电压分别施加到所述导电聚合物层31和所述相对电极层34,以增加所述导电聚合物层31的厚度;以及
(c)将正电压和负电压分别施加到所述导电聚合物层31和所述相对电极层34,以减小所述导电聚合物层31的厚度。
4.根据项3所述的方法,其中,
所述环境温度熔盐层35包括在其内部的多个粘合层33;以及
当在透视顶视图中观察时,所述多个粘合层33散布在所述环境温度熔盐层35中。
5.一种用于控制流过流通道8的流体的流动的方法,所述方法包括:
(a)制备所述致动器,所述致动器包括:
导电聚合物层31;
环境温度熔盐层35;以及
相对电极层34;其中,
所述环境温度熔盐层35被插入在所述导电聚合物层31与所述相对电极层34之间,
所述环境温度熔盐层35包括在其内部的粘合层33;
所述粘合层33的一个表面粘合到所述导电聚合物层31;以及
所述粘合层33的另一个表面粘合到所述相对电极层34;
(b)将正电压和负电压分别施加到所述导电聚合物层31和所述相对电极层34,以通过增加所述导电聚合物层31的厚度来停止流过所述流通道8的流体的流动;以及
(c)将负电压和正电压分别施加到所述导电聚合物层31和所述相对电极层34,以通过减小所述导电聚合物层31的厚度来使所述流体流过所述流通道8。
6.根据项5所述的方法,其中,
所述环境温度熔盐层35包括在其内部的多个粘合层33;以及
当在透视顶视图中观察时,所述多个粘合层33散布在所述环境温度熔盐层35中。
7.根据项5所述的方法,其中,
所述致动器1设置在基板9上;
在所述步骤(b)中,使所述致动器1的底面与所述基板9接触;以及
在所述步骤(c)中,使所述致动器1的所述底面与所述基板9分离。
[本发明的有利效果]
在根据本发明的致动器中,粘合层33防止了在层之间产生引起致动器故障的空隙。
附图说明
[图1]
图1示出了传统致动器的横截面图。
[图2]
图2示出了传统致动器的横截面图。
[图3]
图3示出了根据实施例的致动器的横截面图。
[图4]
图4示出了根据实施例的致动器的横截面图。
[图5]
图5示出了根据实施例的阀的横截面图。
[图6A]
图6A示出了根据实施例用于制造致动器的方法的一个步骤中的横截面图。
[图6B]
图6B示出了图6A之后的步骤中的横截面图。
[图6C]
图6C示出了图6B之后的步骤中的横截面图。
[图6D]
图6D示出了图6C之后的步骤中的横截面图。
[图7A]
图7A示出了根据实施例用于制造致动器的方法的一个步骤中的横截面图。
[图7B]
图7B示出了图6D之后的步骤中的横截面图。
[图7C]
图7C示出了图7A之后的步骤中的横截面图。
[图7D]
图7D示出了图7B和图7C之后的步骤中的横截面图。
[图8A]
图8A示出了图7D之后的步骤中的横截面图。
[图8B]
图8B示出了图8A之后的步骤中的横截面图。
[图8C]
图8C示出了图8B之后的步骤中的横截面图。
[图8D]
图8D示出了图8C之后的步骤中的横截面图。
[图9]
图9示出了环境温度熔盐层35的内部的透视顶视图。
具体实施方式
在下文中,将描述本发明的实施例。在下面的描述中,通过相同的附图标记指定相同的组件,因此省略重复描述。
如图3中所示,粘合层33被添加到致动器1中包含的环境温度熔盐层35。换言之,环境温度熔盐层35在其内部包括粘合层33。粘合层33可以具有电绝缘特性。
粘合层33的一个表面粘合到导电聚合物层31。粘合层33的另一个表面粘合到相对电极层34。粘合层33的数量可以为一个或更多个。
通过第一电极26和第二电极27,负电压和正电压被分别施加到导电聚合物层31和相对电极层34。如图4中所示,当施加该电压差时,导电聚合物层31的厚度在导电聚合物层31的法线方向上增加。然后,当正电压和负电压被分别施加到导电聚合物层31和相对电极层34时,导电聚合物层31的厚度减小以使致动器1返回到如图3中所示的原始状态。
与图2中所示的情况不同,由于粘合层33而不会产生空隙。
如图4中所示,优选的是,导电聚合物层31、支撑层32和粘合膜36均具有柔性以跟随导电聚合物层31的增加和减小。
如图9中所示,当在透视顶视图中观察环境温度熔盐层35时,优选地,多个粘合层33被放置为散布在环境温度熔盐层35的内部。
导电聚合物层31的适合材料的示例是聚吡咯/双(三氟甲基)酰亚胺。
适合的粘合层33的示例是基于环氧化物的粘合剂。
环境温度熔盐层35的适合材料的示例是1-乙基-3-甲基咪唑/双(三氟甲基)酰亚胺。
相对电极层34的适合材料的示例是聚吡咯/十二烷基苯磺酸。
然后,将描述用于使用致动器1控制流体流动的方法。
如图5中所示,在基板9上布置两个壁4。致动器1固定在这两个壁4之间。在基板9与致动器1的底面之间形成流通道8。代替图5中所示的示例,在基板的表面上形成槽以在基板上提供流通道。注意,图5未示出致动器1的细节,例如,导电聚合物层31。
负电压和正电压被分别施加到导电聚合物层31和相对电极层34上,以增加导电聚合物层31的厚度。因为使致动器1的底面与基板9接触,因此流过流通道8的流体的流动停止。
然后,正电压和负电压被分别施加到导电聚合物层31和相对电极层34,以减小导电聚合物层31的厚度。因为导电聚合物层31的底面与基板分离,因此流体流过流通道8。
(示例)
下面的示例更详细地描述了本发明。
(示例1)
如图6A中所示,制备导电聚合物层31。根据在非专利文献1中公开的方法使用由1-乙基-3-甲基咪唑/双(三氟甲基)酰亚胺(在下文中称作“EMI/TFSI”)组成的离子液体作为溶剂制造该导电聚合物层31。用于制造导电聚合物层31的化学试剂是从Sigma Aldrich公司购买的。
导电聚合物层31是由聚吡咯/双(三氟甲基)酰亚胺(在下文中称作“PPy/TFSI”)形成的。导电聚合物层31的长度为20毫米、宽度为20毫米、厚度为70微米。
然后,如图6B中所示,支撑层32形成在导电聚合物层31上。更具体地,通过溅射将由钨和钛构成的合金层(厚度:20纳米)形成在导电聚合物层31上。然后,通过溅射堆叠厚度为150纳米的金层。通过这种方式,形成支撑层32。
如图6C中所示,使用基于环氧化物的粘合剂(从Namics公司购买的),以两个支撑层32彼此面对的方式粘合均具有支撑层32的两个导电聚合物层31。该粘合剂对应于粘合膜36。接下来,使用YAG激光设备切割导电聚合物层31的两个侧端,如图6D中所示。
同时,制备相对电极层34,如图7A中所示。通过与导电聚合物层31的方式类似的方式来制造该相对电极层34。
相对电极层34是由聚吡咯/十二烷基苯磺酸(在下文中称作“PPy/DBS”)形成的。
然后,如图7B中所示,粘合层33形成在导电聚合物层31上。与图7B的情况类似,粘合层33也形成在相对电极层34上,如图7C中所示。下面将描述形成粘合层33的细节。
通过丝网印刷法形成每一个粘合层33。在丝网印刷法中,使用与图9相对应的镍掩模(厚度:20微米)。该掩模具有多个圆形通孔。每一个圆形通孔的半径为40微米。在两个相邻通孔的中心之间插入的距离为260微米。
通过丝网印刷法将液体粘合剂施于导电聚合物层31和相对电极层34上。然后,使粘合剂在保持在120摄氏度的烤箱中暂时弯曲1分钟。在该阶段,粘合层33的半径为45至50微米,并且高度约为16微米。
然后,交替堆叠图7B中所示的多个导电聚合物层31和图7C中所示的多个相对电极层34以形成如图7D中所示的层压结构。
将250克的砝码放置在层压结构的顶面上。然后,使层压结构在维持在120摄氏度的烤箱中保持9分钟,以使粘合剂完全固化。此后,从顶面上移除砝码。
将银膏施于由此获得的层压结构的两侧,以形成第一电极26和第二电极27,如图8A中所示。第一电极26电连接到导电聚合物层31。第二电极27电连接到相对电极层34。
然后,如图8B中所示,将层压结构放置在壳20中。然后,使用粘合剂(从Namics公司购买的)将板22和橡胶片23固定在层压结构的底面上。板22是由厚度为0.5毫米的石英玻璃板形成的。橡胶片23是由厚度为0.1毫米的硅橡胶片形成的。
如图8C中所示,使用粘合剂(从Huntsman Advanced Materials购买的,商号:Araldite Standard)将盖24固定到壳20。盖24是由石英玻璃构成。使用粘合剂(从Namics公司购买的)将层压结构固定到盖24。
最后,如图8D中所示,通过形成在盖子24中的通孔25将EMI/TFSI环境温度熔盐(从Sigma Aldrich公司购买的)注入壳20中。使用该EMI/TFSI环境温度熔盐来填充壳20。通过这种方式,形成环境温度熔盐层35。
通过第一电极26和第二电极27,在导电聚合物层31与对电极34之间施加电压差。更具体地,在导电聚合物层31与对电极34之间交替地施加循环偏置电压-3.0伏特(持续100秒)和+3.7伏特(持续120秒)十小时。十小时之后,在层之间不会观测到空隙。
(比较示例)
除了不形成粘合层33之外,与该示例的情况类似地形成致动器。接下来,与该示例类似地将脉冲波施加到该致动器。然而,在施加脉冲波之后,在层之间观测到空隙。
[工业实用性]
根据本发明的致动器可以在生物传感器中使用。
[附图标记列表]
1:致动器
21:层压层
21a:第一层压层
21b:第二层压层
26:第一电极
27:第二电极
31:导电聚合物层
31a:第一导电聚合物层
31b:第二导电聚合物层
32:支撑层
32a:第一支撑层
32b:第二支撑层
33:粘合层
34:相对电极层
35:环境温度熔盐层
36:粘合膜
4:壁
8:流通道
9:基板
11:阀
20:壳
22:平板
23:橡胶板
24:盖
25:通孔
Claims (7)
1.一种致动器,包括:
导电聚合物层(31);
环境温度熔盐层(35);以及
相对电极层(34);其中,
所述环境温度熔盐层(35)被插入在所述导电聚合物层(31)与所述相对电极层(34)之间,
所述环境温度熔盐层(35)包括在其内部的粘合层(33);
所述粘合层(33)的一个表面粘合到所述导电聚合物层(31);以及
所述粘合层(33)的另一个表面粘合到所述相对电极层(34)。
2.根据权利要求1所述的致动器,其中,
所述环境温度熔盐层(35)包括在其内部的多个粘合层(33);以及
当在透视顶视图中观察时,所述多个粘合层(33)散布在所述环境温度熔盐层(35)中。
3.一种用于驱动致动器的方法,所述方法包括:
(a)制备所述致动器,所述致动器包括:
导电聚合物层(31);
环境温度熔盐层(35);以及
相对电极层(34);其中,
所述环境温度熔盐层(35)被插入在所述导电聚合物层(31)与所述相对电极层(34)之间,
所述环境温度熔盐层(35)包括在其内部的粘合层(33);
所述粘合层(33)的一个表面粘合到所述导电聚合物层(31);以及
所述粘合层(33)的另一个表面粘合到所述相对电极层(34);
(b)将负电压和正电压分别施加到所述导电聚合物层(31)和所述相对电极层(34),以增加所述导电聚合物层(31)的厚度;以及
(c)将正电压和负电压分别施加到所述导电聚合物层(31)和所述相对电极层(34),以减小所述导电聚合物层(31)的厚度。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,
所述环境温度熔盐层(35)包括在其内部的多个粘合层(33);以及
当在透视顶视图中观察时,所述多个粘合层(33)散布在所述环境温度熔盐层(35)中。
5.一种用于控制流过流通道(8)的流体的流动的方法,所述方法包括:
(a)制备致动器,所述致动器包括:
导电聚合物层(31);
环境温度熔盐层(35);以及
相对电极层(34);其中,
所述环境温度熔盐层(35)被插入在所述导电聚合物层(31)与所述相对电极层(34)之间,
所述环境温度熔盐层(35)包括在其内部的粘合层(33);
所述粘合层(33)的一个表面粘合到所述导电聚合物层(31);以及
所述粘合层(33)的另一个表面粘合到所述相对电极层(34);
(b)将负电压和正电压分别施加到所述导电聚合物层(31)和所述相对电极层(34),以通过增加所述导电聚合物层(31)的厚度来停止流过所述流通道(8)的流体的流动;以及
(c)将正电压和负电压分别施加到所述导电聚合物层(31)和所述相对电极层(34),以通过减小所述导电聚合物层(31)的厚度来使所述流体流过所述流通道(8)。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,
所述环境温度熔盐层(35)包括在其内部的多个粘合层(33);以及
当在透视顶视图中观察时,所述多个粘合层(33)散布在所述环境温度熔盐层(35)中。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,
所述致动器(1)设置在基板(9)上;
在所述步骤(b)中,使所述致动器(1)的底面与所述基板(9)接触;以及
在所述步骤(c)中,使所述致动器(1)的所述底面与所述基板(9)分离。
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