CN107923371B - 基于电活性或光活性聚合物的致动器或传感器设备 - Google Patents

Abstract

一种致动器或传感器设备包括电活性聚合物(EAP)布置，所述电活性聚合物(EAP)布置在固定的相对端部之间延伸。所述电活性聚合物布置包括被动载体层和主动电活性聚合物层，其中，在所述端部处或附近，所述被动载体层和所述主动EAP层以第一顺序一个在另一个之上安装，并且在所述端部之间的中间区域处，所述载体层和所述主动EAP层以相反的顺序安装。这使得所述电活性聚合物布置内的内部应力和力矩能够更有效地贡献于位移或致动力。

Description

基于电活性或光活性聚合物的致动器或传感器设备

技术领域

本发明涉及利用电活性或光活性聚合物的致动器和/或传感器设备。

背景技术

电活性聚合物(EAP)和光活性聚合物能够被用于基于电刺激或光刺激而向负载施加力。

电活性聚合物(EAP)具体是电响应材料领域内的新兴类别的材料。EAP也能够作为传感器或致动器来工作，并且能够被容易地制造成各种形状，以允许容易地集成到各种系统中。

在过去的十年中，已经开发了具有已显著改善的特性(诸如致动应力和应变)的材料。技术风险已经被减小到对于产品开发而言可接受的水平，使得EAP在商业上和技术上变得日益受到关注。EAP的优点包括低功率、小形状因子、柔性、无噪声操作、准确度、高分辨率的可能性、快速响应时间以及循环致动。

EAP材料的经改善的性能和具体优点导致了对新应用的适用性。

EAP设备能够被用在期望部件或特征基于电致动的小量的移动的任何应用中。类似地，该技术能够被用于感测小的移动。

与普通致动器相比，由于相对大的变形以及在小体积中的力或薄的形状因子的组合，EAP的使用实现了之前不可能的功能，或者提供了优于普通传感器/致动器解决方案的大的优势。EAP也给出了无噪声操作、准确的电子控制、快速响应以及大的范围的可能致动频率，诸如0–20kHz。

使用电活性聚合物的设备能够被细分成场驱动的材料和离子驱动的材料。

场驱动的EAP的范例是电介质弹性体、电致伸缩聚合物(诸如基于PVDF的弛豫聚合物或聚亚安酯)以及液晶弹性体(LCE)。

离子驱动的EAP的范例是共轭聚合物、碳纳米管(CNT)聚合物复合物以及离子聚合物金属复合物(IPMC)。

场驱动的EAP由电场通过直接机电耦合来致动，而针对离子EAP的致动机制涉及离子的扩散。这两个类别都具有多个族成员，每个族成员具有其自己的优点和缺点。

图1和图2示出了针对EAP设备的两种可能的操作模式。

所述设备包括电活性聚合物层14，其被夹置于处在电活性聚合物层14的相对侧上的电极10、12之间。

图1示出了未被夹持的设备。电压被用于使所述电活性聚合物层如所示地在所有方向上扩展。

图2示出了被设计成使得仅在一个方向上产生扩展的设备。所述设备由载体层16支撑。电压被用于使所述电活性聚合物层弯曲或弓弯(bow)。

这种移动的性质例如产生于当被致动时扩展的主动层与被动载体层之间的交互作用。为了获得如所示的围绕轴的不对称弯曲，例如可以施加分子取向(膜拉伸)，以迫使在一个方向上的移动。

在一个方向上的扩展可以源自于EAP聚合物中的不对称性，或者可以源自于载体层的属性中的不对称性，或者源自于这两者的组合。

所述EAP设备的形状的扩展以及随之发生的移动或变化在许多情况下被用于将致动力递送至外部部件。

存在各种已知方式安装弯曲的EAP致动器或传感器以引起对称的偏转。在图3中示出了一些范例。EAP层30被提供在被动背衬层32上，并且所述EAP层被示为处在其激活(扩展)状态下。

图3(a)示出了在平面中自由滑动的端部。由主动EAP层的扩展引起的弯曲使其向上弓弯。

图3(b)示出了简单支撑的设计，在每个端部处具有铰链布置。

图3(c)示出了夹持的布置，其中在每个端部处具有固定的夹持装置。

所有这些方法具有其自己的优点，并且限制了力或位移或者这两者。

自由边缘引起大的致动器中心位移，但是致动器力被限制，并且致动器边缘的小的水平移动导致机械磨损。

从理论角度来看，简单支撑的致动器是理想的，因为其允许与大的力相组合的大的致动器中心位移。由于机械零件(例如，轴承)所需的空间以及机械复杂性和可靠性(额外的移动的机械部件)，具有小形状因子的铰链的实际实施是困难的。这也具有不可预测的和/或不可控的摩擦、磨损和动作(play)。

例如通过夹持或粘合的机械固定是简单的，并且允许递送大的力。然而，主要缺点是固定附近的被抑制的垂直位移能力。这显著减小了致动器中心位移。

这些已知固定方法的缺点导致力、位移与机械复杂性之间的折衷。

因此存在对于没有具有固定端部(即，小的偏转)的缺点而同时维持大的负载承载能力的益处的设计的需求。

发明内容

本发明的目标是满足前文所提到的需求。利用由独立权利要求所定义的本发明，至少部分地实现了该目标。从属权利要求提供了有利的实施例。

根据本发明，提供了一种致动器和/或传感器设备，所述致动器和/或传感器设备包括主动层和被动载体层，所述主动层能够在向其提供致动刺激后被致动，所述主动层被直接或间接地(其他层或力变换层)被附接到所述被动载体层，其中，这些层的顺序在致动布置的不同区域/部分处是相反的。

通过为不同区域提供不同堆叠顺序的被动载体层和主动层，主动布置内的内部力能够被用于更有效地用于递送位移或力。因此，参考图4，没有顺序颠倒的现有技术设备的问题是由在被夹持的端部附近生成的力矩40引起的。该力矩逆着致动器中心位移。因此，中心位移42被限制。通过如由本发明所定义的那样来颠倒固定端部附近的被动载体层的顶部-底部位置，弯曲力矩沿着期望的致动器中心位移的方向起作用，并且因此添加到期望的致动器中心位移。

术语“致动布置”被用于一般性地指示能够在其利用致动信号刺激后提供变形的布置，其中，所述变形是通过对存在于所述致动布置中的光活性聚合物和/或电活性聚合物的一部分或全部的刺激而引起的。因此，本发明的设备能够包括需要电信号(电压和/或电流)用于其致动信号的电活性聚合物，能够具有需要辐射信号(例如，光学信号UV，诸如UV-vis、可见光辐射、IR或近IR)用于其致动信号的光活性聚合物，或者能够具有这两者。甚至在一种可用的材料中能够存在具有这两种性质的材料。

所述主动层和所述被动载体层被布置为机械连通，即，对所述致动层的致动受所述载体层的被动存在影响(例如参见图2，其中，其存在引起致动布置的弯曲)。所述主动层和所述被动载体层优选通过其之间的至少一个界面被部分或完全地机械附接到彼此。所述主动层和所述被动载体层能够备选地如同通过电或磁力被连接或附接。可能存在被附加在所述主动层和所述被动载体层之间的一个或多个层。

所述主动层能够具有基质材料，在所述基质材料中包括电活性材料和/或光活性材料。所述主动层也能够具有优选为一种但是能够是更多种电活性聚合物或光活性聚合物的一个或多个连续层。所述主动层能够具有电活性聚合物或光活性聚合物的不同层的堆叠。

在所述致动布置中使一个层顺序颠倒(主动层与被动载体层)将如上文所描述的那样改善其性质，即使该布置被夹持在两个固定端部之间。为了获得甚至更多经改善的功能，每个固定端部具有一个颠倒的层顺序。因此，当所述致动布置在两个端部之间被夹持时，那么在所述致动布置中优选存在两个层顺序颠倒点。在固定的相对端部之间优选存在正好三个区域，对应于是一种类型的弯曲(即，凸形的或凹形的)的两个区域以及是相反类型的弯曲的一个区域。

所述设备可以适于在中间相对于所述设备的基部向上弯曲，其中，在所述端部处或附近，所述载体层处在所述主动层之上，而在中间区域处，所述主动层处在所述载体层之上。应当理解，“向上”被用于意指远离所述设备的基部。所述设备可以以相对于重力的方向的任何取向进行安装。

这意味着，在变形之后，所述主动层始终在较长侧上，因为致动布置利用三个弯曲的区段进行变形(类似于从0度至360度的负余弦函数)。所述致动布置被分成三个区域，以匹配凹形与凸形之间的变化的弯曲方向。

所述致动布置可以通过所述主动层和所述被动载体层被连接到固定的相对端部。这提供了到所述端部的牢固的机械固定。替代地，所述致动布置可以仅通过所述主动聚合物层被连接到所述固定的相对端部。这实现了在所述端部处的更大的偏转。

不同的设计可以被用于设定位移距离与可用的致动力之间的不同的折衷。

所述被动载体层可以包括端部部分和中间部分，其中，所述中间部分被安装在连续主动层的相对于端部部分的相反侧之上。该版本在单个主动层的相反侧上将载体层分成不同的部分。

备选地，所述主动层可以包括端部部分和中间部分，其中，所述中间部分在连续被动载体层的相对于端部部分相反侧之上。该版本在单个载体层的相反侧上将所述主动层分成不同的部分。所述载体层通常更强，并且因此可以为所述致动布置提供更好的连续支撑。

在一个范例中，在非致动状态下，所述致动布置可以被形成有预弯曲。这可以通过相比于处于静止的致动布置的长度适当地间隔开所述端部来实现。

在另一范例中，在非致动状态下，所述致动布置是扁平的，并且所述设备包括预成形特征以使所述致动布置在致动时在期望的方向上弯曲。这实现了更紧凑的设计。

所述设备或致动布置或者主动层可以包括一个或多个电极，从而为所述致动层以及因此为电活性聚合物的一个或多个部分提供致动信号。

所述设备能够具有光学布置，所述光学布置用于向所述致动布置或主动层提供用于致动的辐射信号(例如，UV、UV-vis、可见光、IR或近IR辐射)。这样的光学布置能够包括操纵致动辐射的若干元件中的一个或多个。这样的元件包括：透镜、反射镜、波导丝线或者其他辐射波导、棱镜、分光器、滤波器、开关、偏振器。所述光学布置能够具有所述致动布置的一部分或整个部分(例如，当其为被附接到主动层的光导的形式时)。

所述电极或光学布置能够被配置为允许所述致动布置或主动层的不同部分被独立地驱动/致动。以这种方式的致动的分段可以改善沿着致动器中心位移的方向起作用的机械力矩。

所述被动载体层可以包括一组表面通道。这限定了能够被用于使位移更容易的不对称基底。

所述主动层例如在非致动状态下可以是平坦的。

附图说明

现在将参考随附的附图详细地描述本发明的范例，在附图中：

图1示出了未被夹持的已知电活性聚合物设备；

图2示出了由背衬层约束的已知电活性聚合物设备；

图3示出了支撑弯曲的EAP致动器的三种不同方式；

图4被用于解释两个端部之间的固定支撑的问题；

图5以示意的形式示出了EAP致动器设备的第一范例；

图6示出了图5的设备的实施方式；

图7示出了EAP致动器设备的第二范例；

图8示出了已经出于比较的目的而被模拟的三种设计选项；

图9呈现了针对图8的三种设计选项的模拟结果；

图10示出了EAP致动器设备的第三范例；

图11示出了EAP致动器设备的第四范例；

图12示出了EAP致动器设备的第五范例；并且

图13示出了EAP致动器设备的第六范例。

具体实施方式

本发明提供了一种致动器和/或传感器设备，所述致动器和/或传感器设备包括致动器布置，所述致动器布置具有主动层(包括电活性聚合物和/或光活性聚合物)和被动载体层，其中，所述致动器布置在固定的相对端部之间延伸。所述聚合物布置包括被动载体层和主动聚合物层，其中，在所述端部处或附近，所述载体层和所述主动聚合物层以第一顺序一个在另一个之上安装，并且在所述端部之间的中间区域处，所述载体层和所述主动层以相反的顺序安装。

这使得所述电活性聚合物布置内的内部应力和力矩能够更有效地贡献于位移或致动力。

现在将参考使用一个或多个电活性聚合物层的各种致动器设计来描述本发明。然而，相同的结构特征也可以被用作传感器。因此，下文的范例在致动器的背景下进行解释，但是更一般地，这些是可以为致动器单元或传感器单元的EAP设备。此外，主动EAP层的目的是响应于电致动信号而扩展或收缩。相同的功能可以由替代地将对光学刺激做出响应的光活性聚合物层来实施。能够被用作电活性聚合物和/或光活性聚合物的聚合物将在下文中进行描述。

图5示出了EAP致动器设备的第一范例。

该范例具有电活性聚合物(EAP)形式的主动层30。层30在面向端部的夹持装置50a、50b之间延伸。当由于与被动载体层32的相互作用而扩展时，EAP层弯曲。所述载体层约束要沿着期望的方向的弯曲。所述载体层和所述主动EAP层可以一起被认为是“致动布置或者甚至是EAP布置”。

所述载体层包括三个部分。第一部分32a和第二部分32b处在EAP层的每个端部处，在到夹持装置50a、50b的连接处。这些部分处在EAP层30的顶部之上，使得当EAP层扩展时，在这些部分32a、32b处发生向上的弯曲(当从上面观察时为凸形的，而当从下面观察时为凹形的)。第三中间部分32c处在EAP层的中间区段内并且处在下方。当EAP层扩展时，在该部分处发生向下的弯曲(当从上面观察时为凹形的，而当从下面观察时为凸形的)。因此，总体形状将在不同区域处是凹形的和凸形的，并且预成形被用于控制弯曲的方向。

以这种方式，在所述夹持装置附近的所述载体层的位置被颠倒，使得在所述夹持装置附近的力矩40随着致动器中心位移42起作用而非逆着致动器中心位移。因此，相比于如在图4中所示的具有单侧被动载体层的致动器，增加了致动器的中心位移42。

可以通过建模和/或测试来确定最佳的几何形状和改善因子。EAP层和载体层变形使得所述载体层始终处在更短的弯曲侧，因为当被激活时EAP扩展。

有限元模拟已经被执行以评估各种设计的可行性。所述主动层被建模为Neo-Hookean实体，其中，通过麦克斯韦应力来描述机电力。所使用的缺省尺度和性质为：

为了设定基准，首先执行对如在图3中所示的常规固定的致动器的模拟。所获得的最大偏转是0.284mm，并且最大力是0.25N。

图6示出了图5的结构的实施方式。EAP层30和三件载体层32a、32b、32c被安装在框架60中。所述端部搁置在壁架62上，并且所述端部通过环或胶粘物64被夹持在位。在所述框架的中心，引入了小的预成形脊状物66以沿着期望的方向引导致动器偏转。所述载体层部分在每一侧在位置67处彼此交叠。这对位移没有显著影响，但是其避免了在这些点处的应力集中和高剪切负载的问题。

所执行的模拟示出了处在致动状态下的偏转是0.69mm，并且最大力是0.8N。力和偏转两者都比在基准状况下更高。

替代使用预成形脊状物，所述预成形可以通过朝向彼此移动夹持装置50a、50b从而迫使致动器具有初始弯曲来实现。这能够显著地增加致动器能够在其致动状态下承受的力的量。用于这样的版本的有限元分析示出了0.33mm的有效偏转，小于在图6的范例的情况下所获得的一半，但是在这种情况下最大可能的负载是2.92N，若干因子高于在图6的范例的情况下所获得的。

图7示出了另一范例。其与图6的不同仅在于：EAP层30刚好在夹持装置50a、50b之前终止，使得仅第一载体层部分32a和第二载体层部分32b被夹持。

因此，边缘载体层部分32a、32b延伸越出主动EAP层30，并且所述设备使用这些延伸部分来固定。

出于比较的目的，图8示出了三种可能的连接方案。图8(a)示出了仅在夹持装置之间延伸的主动EAP层。图8(b)示出了堆叠的主动EAP层和被动载体层，其中，两个层都被夹持。图8(c)示出了具有如上文所解释的分段的载体层并且具有仅在每个端部处被夹持的EAP层30的致动器。

每个致动器初始被预成形相等的量，以确保沿着期望的方向的偏转。施加电压，从而引起致动器偏转，在此之后，被施加到所述致动器的中心的力被逐渐增加直到所述致动器被推回到零或更少的偏转。在图9中示出了力-偏转曲线。

具有主动EAP层的图8(a)的版本仅展现出最大偏转，但是在力方面被限制，如在曲线图80中所示出的。图8(b)的堆叠的致动器具有减小的偏转，如由曲线图82所示出的。图8(c)的致动器也递送比主动层版本少大约30％的偏转，但是能够承受400％的更多的力。这被示为曲线图84。

上文的范例具有裂开的载体层。在图10中示出了备选方案，其中，EAP层被分成三个部分，而非载体层被分成三个部分。因此，EAP层具有第一部分30a、第二部分30b和第三部分30c。第一部分和第二部分处在载体层32下方，并且处在所述端部处，使得其连接到夹持装置。EAP层的中间的第三部分30c处在载体层32的顶部上。

那么例如可能强于EAP层的载体层32是连续的，使得更强的致动器是可能的，具体地是比EAP层对应力集中更不灵敏。

该实施例的一个版本的有限元模拟示出了0.324mm的偏转以及大约1.2N的力。相比于基准，这总计为在偏转方面的相对小的改善，但是能够递送显著更高的力。

图11示出了使用分段的EAP层30的另外的范例。如图10的范例中，存在第一部分30a、第二部分30b和第三部分30c。此外，中间部分和/或边缘部分被进一步分段。该范例示出了被进一步分段的所有三个部分。在一些范例中，EAP层部分的各分段可以被单独地激活以便控制弯曲过程。

靠近夹持装置的部分30a、30b的EAP分段首先被激活，并且随后致动器的中间部分中的EAP分段被激活。这可以改善对所施加的弯曲的控制。然而，这种改善的控制是以致动器的更低的力和更小的行程为代价的。

这种致动的方法因此利用对电极的顺序激活。侧边(30a和30b)可以首先被致动，以便向上预先弯曲所述致动器，使得当致动中间部分(30c)时，将沿着向上的方向发生进一步的弯曲。

图12示出了组合分段的载体30a、30b、30c与连续EAP层30上的分段的电极的另外的范例。

EAP层30然后能够通过单独地寻址分段的电极来致动。例如，所述EAP层可以首先在边缘处被局部地激活，并且随后激活EAP的中间部分。

图13示出了具有被形成为部分32a、32b、32c的载体层32的实施方式，并且其进一步具有被形成在载体层的外表面中以使致动器位移更容易的通道阵列90。这些仅可以处在边缘部分中，其中，弯曲半径可以更小，或者其可以处在如图所示的所有三个区段中。载体层的弯曲趋向于靠近所述通道，并且因此至少在通道保持开放时，其减少了载体层中的压缩应力。当通道变得闭合时，然后可以在特定致动器偏转处实施锁定功能。以这种方式，在通道保持开放时，载体层更易于弯曲。该方法可以被应用于上文的任何范例。

如上文所提到的，相同的结构可以被用作传感器。外部引起的压缩生成电场的变化，这导致电极上的可测量的信号。

在传感器的情况下，存在比例如在仅一侧背衬的情况下被完全夹持的双晶片传感器更硬并且更灵敏的结构，因为在该连续构造中，一部分应力将抵消传感器信号。

总体EAP布置例如可以具有10mm x 10mm x 0.5mm的尺寸。典型的并且非限制性的尺寸的范围可以是从50mm x 50mm x 2mm到2mm x 2mm x 0.1mm。平面视图中的形状可以是正方形，但是其替代地可以是细长矩形或圆形。在圆形形状的情况下，分段的载体层元件采取同心圆的形式。

上文所描述的设备具有被夹置在电极之间的主动层，从而为所述设备提供适合的电致动信号，诸如电压或电流信号。出于清楚的原因，未示出电极。所述载体层也能够处在所述电极之间(在场驱动的主动层的情况下)，但是备选地，如果需要或使用电流驱动的主动层，则可以不处在所述电极之间。

适合于所述EAP层的材料是已知的。电活性聚合物包括但不限于以下子类别：压电聚合物、机电聚合物、弛豫铁电聚合物、电致伸缩聚合物、电介质弹性体、液晶弹性体、共轭聚合物、离子聚合物金属复合物、离子胶体和聚合物胶体。

子类别电致伸缩聚合物包括，但不限于：

聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-三氯乙烯(PVDF-TrFE)、聚偏氟乙烯-三氯乙烯-氟氯乙烯(PVDF-TrFE-CFE)、聚偏氟乙烯-三氯乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-TrFE-CTFE)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚亚安酯或者其混合物。

子类别电介质弹性体包括但不限于：

丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、硅树脂。

子类别共轭聚合物包括但不限于：

聚吡咯、聚-3,4-乙烯二氧噻吩、聚(聚苯硫醚)、聚苯胺。

可以提供额外的被动层，以用于响应于所施加的电场来影响所述EAP层的行为。

每个单元的EAP层可以被夹置在电极之间。假如本发明使用介电弹性体作为活性材料，那么该层或材料被夹置在这些电极之间，使得所述电极上的电压信号能够使所述材料变得被所述电极挤压。这样的附接也能够在其他情况下使用，但并不总是需要的，诸如在压电或铁电(弛豫或非弛豫)材料的情况下。

所述电极可以是可拉伸的，使得其跟随EAP材料层的变形。适合于电极的材料也是已知的，并且例如可以选自包括以下项的组：薄金属膜，诸如金、铜或铝；或者有机导体，诸如炭黑、碳纳米管、石墨、聚苯胺(PANI)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)，例如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)。也可以使用金属化聚酯膜，诸如金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如使用铝涂层。

将例如考虑不同层的弹性模量(杨氏模量)来选择针对不同层的材料。

上文所讨论的额外的层可以被用于调整设备(诸如额外的聚合物层)的电气或机械行为。

所述EAP设备可以是电场驱动的设备或离子设备。离子设备可以基于离子聚合物-金属复合物(IPMC)或共轭聚合物。离子聚合物-金属复合物(IPMC)是合成的复合物纳米材料，其在所施加的电压或电场下显示人工肌肉行为。

IPMC包括离子聚合物(如Nafion或Flemion)，其表面被化学地电镀或者被物理地涂覆有导体，诸如铂或金，或者碳基电极。在所施加的电压下，由于跨IPMC的所施加的电压而引起的离子迁移和再分布导致弯曲变形。聚合物是溶剂膨胀离子交换聚合物膜。所述场使阳离子连同水一起行进到阴极侧。这导致亲水性聚类的再组织以及聚合物扩展。阴极区域中的应变导致聚合物基质的其余部分中的应力，其导致朝着阳极的弯曲。反转所施加的电压使弯曲反向。

如果经电镀的电极被布置在不对称配置中，则所施加的电压能够引起所有类型的变形，诸如扭曲、滚动、扭转、旋转以及不对称的弯曲变形。

如上文所提到的，上文所解释的机械设计也可以被应用于光活性材料。这样的光-机械响应材料例如包括被嵌入在聚合物基质中的光-机械响应分子。所述光-机械响应分子根据所施加的具有特定波长的光的照射而改变形状。

最常见的光-机械材料是通过在材料存在中的光敏分子中的两种同分异构态之间的形状改变来驱动的。反式构型之间的切换是通过利用与处在反式状态中的分子的吸收波长相对应的光的照射来驱动的，而返回到亚稳定顺式形式的切换能够通过利用与处在其顺式状态中的分子的吸收波长相对应的光的照射被热诱发或者被再一次触发。

这样的材料包括但不限于：蒽、二芳基乙烯、螺吡喃和偶氮苯(包括经取代的偶氮苯，诸如氨基偶氮苯和假二苯乙烯)。这些光-机械响应分子经由具有这样的功能的光-机械响应分子的主聚合物的掺杂或者经由在经由聚合的聚合物中具有光-机械功能性的共价结合的分子被嵌入在聚合物材料中。这包括物偶氮功能的(azofunctionalized)单体的聚合或者具有不同主链的聚合物的后功能化，从而产生单链的偶氮功能的聚合物。

聚合物能够本质上是无定形或液体结晶体(LC)。其中，无定形聚合物沿着所有方向相等地接触，LC聚合物能够被制作为沿着优选方向变形，极大地增加了沿着该方向的影响。液晶弹性体(LCE)尤其是用于光-机械材料的合适的材料，因为其能够在所有固态聚合物材料中具有LC引起的方向性。

本发明能够被应用在许多EAP和光活性聚合物应用中，包括致动器的被动矩阵阵列感兴趣的范例。

在许多应用中，产品的主要功能依赖于对人类组织的(局部)操纵、或者对接触界面的组织的致动。在这样的应用中，EAP致动器例如提供独特的益处，主要是由于小形状因子、柔性和高能量密度。因此，EAP和光敏聚合物能够被集成在柔软的3D形状和/或微型产品和界面中。这样的应用的范例是：

皮肤美容处置，诸如基于响应性聚合物的皮肤贴片形式的皮肤致动设备，其将恒定的或周期性的伸展应用于皮肤以便使皮肤张紧或者减少皱纹；

具有患者接口面罩的呼吸设备，所述患者接口面罩具有基于响应性聚合物的主动衬垫或密封，从而为皮肤提供减少或防止面部红印的交替的正常压力；

具有适应性剃须刀头的电动剃须刀。皮肤接触表面的高度能够使用响应性聚合物致动器来调节，以便影响紧密与刺激之间的平衡；

口腔清洁设备，诸如空气洁牙器，其具有动态喷嘴致动器以改善尤其是在牙齿之间的空间中的喷雾的到达。备选地，牙刷可以被提供有激活的丛毛；

消费电子设备或触摸面板，其经由被集成在用户接口中或附近的一系列响应性聚合物换能器提供局部触觉反馈；

具有可操纵顶端以实现在蜿蜒血管中的容易的导航的导管。

受益于这样的致动器的另一类相关应用涉及对光的修改。诸如透镜、反射表面、光栅等的光学元件能够通过使用这些致动器的形状或位置调整来自适应。在此，EAP的一个益处例如是更低的功率消耗。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践所请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中所记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为对范围的限制。

Claims (16)

1.一种致动器和/或传感器设备，包括：

致动布置(30)，其在固定的相对端部之间延伸，所述致动布置包括层堆叠，所述层堆叠包括：

-主动层，所述主动层包括电活性聚合物和/或光活性聚合物，以及

-被动载体层(32)，

其中，在所述固定的相对端部中的至少一个端部处或附近，所述载体层和所述主动层以第一顺序一个在另一个之上安装，而在所述固定的相对端部之间的中间区域处，所述载体层和所述主动层以与所述第一顺序相反的第二顺序一个在另一个之上安装。

2.根据权利要求1所述的设备，包括基部，其中：

-所述致动布置适于在中间相对于所述基部向上弯曲，

-在所述固定的相对端部中的所述至少一个端部处或附近，所述载体层(32)在所述主动层之上，而在所述中间区域处，所述主动层在所述载体层之上。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述致动布置通过所述主动层和所述被动载体层被连接到至少固定的相对端部。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述致动布置仅通过所述主动层被连接到所述固定的相对端部中的所述至少一个端部。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述被动载体层包括端部部分(32a、32b)和中间部分(32c)，其中，所述中间部分被安装在连续主动层的相对于所述端部部分的相对侧之上。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述主动层包括端部部分(32a、32b)和中间部分(32c)，其中，所述中间部分被安装在连续被动载体层的相对于所述端部部分的相对侧之上。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其中，在非致动状态下，所述致动布置被形成有预弯曲。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其中，在非致动状态下，所述致动布置是扁平的，并且所述设备包括预成形特征(66)以使所述致动布置在致动时在期望的方向上弯曲。

9.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述主动层包括所述电活性聚合物以及用于致动所述致动布置的一个或多个电极。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述一个或多个电极是所述致动布置的部分。

11.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述主动层包括所述光活性聚合物，并且所述设备还包括光学布置，所述光学布置用于向所述光活性聚合物提供致动辐射以致动所述光活性聚合物。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述光学布置包括用于操纵所述致动辐射的以下元件中的一个或多个：透镜、反射镜、棱镜、光学丝线或者其他光导、偏振元件、辐射滤波器、辐射分光器。

13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述一个或多个电极被分布为使得所述致动布置的不同部分能够被独立地致动。

14.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述被动载体层包括一组表面通道。

15.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述主动层在非致动状态下是平坦的。

16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备被配置为使得所述致动布置的不同部分能够被独立地致动。

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