TWI387516B - 電致動夾持器 - Google Patents

Description

電致動夾持器

本發明涉及一種電致動夾持器，尤其涉及一種基於奈米碳管的電致動夾持器。

致動器的工作原理為將其他能量轉換為機械能，實現這一轉換經常採用的途徑有三種：通過靜電場轉化為靜電力，即靜電驅動；通過電磁場轉化為磁力，即磁驅動；利用材料的熱膨脹或其他熱特性實現能量的轉換，即熱驅動。

靜電驅動的致動器一般包括兩個電極及設置在兩個電極之間的電致動元件，其工作過程為在兩個電極上分別注入電荷，利用電荷間的相互吸引和排斥，通過控制電荷數量和電負性來控制電極間電致動元件的相對運動。係由於靜電力反比於電容板之間距離的平方，因此一般只有在電極間距很小時靜電力才比較顯著，該距離的要求使該致動器的結構設計較為複雜。磁驅動的致動器一般包括兩個磁極及設置在兩個磁極之間的電致動元件，其工作過程係通過磁場的相互吸引和排斥作用使兩磁極之間的電致動元件產生相對的運動，然係磁驅動的缺點和靜電驅動相同，即由於磁場作用範圍有限，導致電致動元件的上下兩個表面必須保持較小的距離，該結構的設計要求嚴格且也限制了該致動器的應用範圍。

而利用熱驅動的致動器克服了上述靜電驅動和磁驅動致動器的缺點，該致動器結構只要能夠保證獲得一定的熱能就能產生相應的形變，另外，相對於靜電力和磁場力，熱驅動力較大。先前技術公開一種電熱式致動器，請參閱“基於熱膨脹效應的微電熱式致動器進展”，匡一寧等，電子器件，vol 22，p162 (1999)。該電熱式致動器採用兩片熱膨脹係數不同的金屬結合成雙層結構作為電致動元件，當通入電流受熱時，由於一片金屬的熱膨脹量大於另一片，雙金屬片將向熱膨脹量小的一方彎曲。然而，由於上述電致動材料採用金屬結構，形變量小，而且雙層金屬材料之間的形變量差異也較小，其柔性較差，導致整個電熱式致動器熱響應速度較慢。另外，兩片金屬片還為了緊密結合而需要將兩者相互固定的手段。

使用上述致動器作為夾持臂的先前夾持裝置，不僅存在上述致動器本身的問題，而且還存在結構設計複雜，使用不方便的問題。

有鑒於此，提供一種結構簡單、響應速度快，並具有柔性的電致動夾持器實為必要。

一種電致動夾持器，包括一支撐部，以及至少兩個間隔設置的電致動夾持臂，所述至少兩個電致動夾持臂通過所述支撐部固定。其中，每一個電致動夾持臂包括一片狀柔性高分子基體以及一奈米碳管膜結構。所述奈米碳管膜結構至少部分包埋於所述柔性高分子基體一表面，所述奈米碳管膜結構為複數個奈米碳管通過凡得瓦力結合而成，所述至少兩個電致動夾持臂具有奈米碳管膜結構的表面間隔相對設置。

與先前技術相比較，本發明提供的電致動夾持器，其電致動夾持臂為柔性高分子基體和奈米碳管膜結構構成的複合材料，為一個整體的結構，從而使得該電致動夾持器具有結構簡單的優點，並且還具有較好的柔性。另外，該奈米碳管膜結構包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管由凡得瓦力結合形成一個整體，該複數個奈米碳管相互連接並形成導電網絡，使得該電致動夾持臂具有較好的導電性，可以快速加熱該電致動夾持臂，使得該電致動夾持臂也相應具有較高的導電和導熱性，且熱響應速率較快。

本發明涉及一種電致動夾持器，其包括一個支撐部，以及至少兩個電致動夾持臂。所述至少兩個電致動夾持臂間隔相對設置，所述電致動夾持臂的一端固定於所述支撐部。該電致動夾持器可以通過電源驅動使所述至少兩個相對的電致動夾持臂發生熱膨脹形變從而可以相向彎曲，從而實現夾持物品的功能。

本發明的電致動夾持器的電致動夾持臂為片狀體或板狀體，根據實際需求可以做成長條型。該電致動夾持臂由柔性高分子基體以及複合在柔性高分子基體表面的奈米碳管膜結構組成，由於奈米碳管膜結構具有很多的間隙，奈米碳管膜結構可以在所述柔性高分子基體為液態時設置於柔性高分子基體表面，這樣液態的柔性高分子材料滲透進入奈米碳管膜結構中，從而使得奈米碳管膜結構與柔性高分子基體複合在一起，但奈米碳管膜結構仍然設置在柔性高分子基體的表面。所述的柔性高分子基體係係指該柔性高分子基體比較容易彎曲，相對於先前技術中的雙金屬片結構，柔性高分子基體會具有更好的彎曲性能和形變量。所述奈米碳管膜結構包括大量的相互搭接的奈米碳管，從而可以形成導電通路。當給該電致動夾持臂通電時，奈米碳管膜結構快速產生熱量並將熱量傳導給高分子基體，由於夾持臂具有奈米碳管膜結構的一側的熱膨脹係數小於沒有奈米碳管的一側的熱膨脹係數，因此該電致動夾持臂向熱膨脹係數小的一面（即具有奈米碳管膜結構的一側）彎曲。當兩個電致動夾持臂具有奈米碳管膜結構的面相對時，該兩個電致動夾持臂將會相向彎曲運動，從而實現夾持物品的功能。該電致動夾持臂具有非常好的柔性，所述柔性係係指其一端被固定時另一端保持一定的彈性。並且由於該電致動夾持臂為高分子和奈米碳管等材料構成，因此具有較輕的質量。

本發明中的奈米碳管膜結構在所述柔性高分子基體的表面形成連續的導電通路，使用時，需要保證對整個奈米碳管膜結構進行通電，這樣才能夠保證奈米碳管膜結構能夠整體發熱。奈米碳管膜結構與電源連接的方式可以有多種，只要能夠使得整個奈米碳管膜結構通電發熱即可，當該電致動夾持臂通電時，該電致動夾持臂將在其較長的延伸方向上彎曲。在具體應用中，本發明中的奈米碳管膜結構可設置在所述柔性高分子基體的整個表面並且兩端與電源電連接，優選的為長條形的片材，當該電致動夾持臂通電時，該電致動夾持臂將在其較長的延伸方向上彎曲，也可以根據實際需要，將該奈米碳管膜結構剪切成各種形狀，如U型，Z型，W型，這裏用英文字母表示奈米碳管膜結構可以形成各種形狀的導電通路。使用時，需要保證對整個奈米碳管膜結構進行通電，這樣才能夠保證奈米碳管膜結構能夠整體發熱。當然，也可以根據實際需要，將該奈米碳管膜結構剪切成各種形狀，本發明實施例中就給出了一種U型結構的奈米碳管膜結構，這樣的結構可以保證從該電致動夾持臂的一側通入電流，從而更加方便實際應用。

本發明的電致動夾持器，電致動夾持臂要達到夾持目的，其一端必須固定，另一端相互間隔設置，因此才可以通過所述至少兩個電致動夾持臂的相向彎曲實現夾持物體的功能。所述支撐部主要起到設置並固定所述至少兩個電致動夾持臂的作用，因此，所述至少兩個電致動夾持臂於支撐部之間的固定方式不限，只要係係能夠使得所述至少兩個電致動夾持臂的一端固定，並且間隔設置就可以。所述支撐部可以和所述至少兩個電致動夾持臂一體成型設置，也可以分開形成。比如，所述支撐部可以包括至少兩個支撐臂，每一個支撐臂對應一個電致動夾持臂。該支撐臂主要用於固定所述電致動夾持臂的一端。使用時，可以通過移動支撐臂移動該電致動夾持器，用以對準目標物。該支撐臂根據電致動夾持臂的數量提供相等數量的相互獨立的支撐臂或者將一個支撐臂可以設置成分叉形狀。比如可以提供設置有兩個分叉的Y字型支撐臂。將兩個所述電致動夾持臂分別設置於所述支撐臂相互間隔的一端，並且使所述兩個電致動夾持臂的形成有奈米碳管膜結構的面相對，當給這兩個電致動夾持臂通電時，這兩個電致動夾持臂將相向彎曲，從而可以用於夾持物品。比如可以提供設置有複數個分叉的抓手形狀的支撐臂，每一個支撐臂的一端均設置一個電致動夾持臂，該複數個夾持臂相互間隔，形成一手狀的電致動夾持器，用於夾持物品。當然，本領域技術人員可以在本發明說明書的基礎上，組合出來各種夾持裝置，其基本原理，功能都在本發明說明書記載的範圍內，都應屬於本發明的保護範圍。

所述電致動夾持器還需要導線若干，用於給所述電致動夾持臂通電。給所述電致動夾持臂通電的導電線路可以沿支撐臂外表面設置，並通過電致動夾持臂固定在支撐部的一端給電致動夾持臂通電。另外，也可以在支撐臂內設置走線通道等，使導電線路從支撐臂內部走線，然後再給所述電致動夾持臂固定在支撐部的一端通電。更進一步的，還可以將電致動支撐部的支撐臂與電致動夾持臂連接的一端設置卡槽，卡槽內設置電極，將所述電致動夾持臂的一端直接採用卡扣的形式固定在所述卡槽內，使得該電致動夾持器具有裝卸簡單，方便的優點，更加有利於實際應用。可以理解，本領域技術人員可以根據需要設置本發明的電致動夾持臂與支撐部的連接方式，所有連接方式均在本發明保護的範圍之內。

本發明提供的電致動夾持器，其夾持臂採用了由高分子基體和奈米碳管膜結構複合形成的電致動夾持臂作為基本夾持元件，從而具有結構簡單的優點，尤其兩個材料複合為一整體結構，無需額外的固定手段。另外，當奈米碳管膜結構靠近高分子基體的表面，設置於柔性高分子基體之中時，該柔性高分子基體為絕緣材料時，該電致動夾持器還可以在水中應用。所述奈米碳管膜結構為由複數個奈米碳管由凡得瓦力結合形成一個純奈米碳管組成的整體結構，該複數個奈米碳管相互連接並形成導電網絡，純奈米碳管膜結構具有較好的導電性，可以快速加熱電致動夾持臂，從而使其具有較快的響應速度。

以下將結合附圖以具體實施例來詳細說明本發明提供的電致動夾持器。

請參考圖1，本發明第一實施例提供一種電致動夾持器100，該電致動夾持器100包括一個支撐部30、兩個電致動夾持臂10以及若干導線60。所述支撐部30具有兩個支撐臂31，所述支撐臂31具有一個第一端311，和一個第二端312。所述兩個支撐臂31的第一端311間隔設置，所述兩個支撐臂31的第二端312相互連接，所述兩個支撐臂的第二端312可以一體成型或通過黏結劑黏結在一起。所述兩個電致動夾持臂10分別設置於所述兩個支撐臂31的第一端311，並且間隔相對設置。所述導線60固定在所述支撐臂31，並與所述電致動夾持臂10電連接，用於給所述電致動夾持臂10通電。

所述支撐臂31為條形的棒狀物，由硬質材料構成，如金屬、塑膠、木材或玻璃等。當所述支撐臂31的材料為金屬時，可以在該支撐臂31的表面形成一層絕緣材料，從而避免所述電致動夾持臂10短路。所述支撐臂31可以為具有一定厚度的長條形片材，所述電致動夾持臂10可以通過黏結劑，或者係膠帶黏附在所述支撐臂31的第一端311，所述兩個支撐臂31的第二端312可以通過黏結劑黏附在一起，或者通過螺絲或螺栓固定在一起，還可以通過一體成型的方法，獲得兩個第二端312連接在一起的兩個支撐臂31，即Y型支撐部30。所述支撐臂31還可以為空心管狀體，該空心管的中空部分可以設置導線60，導線60從所述支撐臂31的第二端312進入所述空心管狀體，在所述支撐臂31的第一端311穿出所述空心管狀體，用於連接到所述電致動夾持臂10，並給所述電致動夾持臂10通電，從而控制該電致動夾持臂10彎曲。本實施例中，所述支撐臂31為長條形的塑膠棒，長度約10厘米，寬度為1厘米，所述電致動夾持臂10通過膠水黏結在所述支撐臂的第一端311。

請一併參考圖2及圖3，所述電致動夾持臂10為片材，其包括：一柔性高分子基體14，以及一奈米碳管膜結構12。所述奈米碳管膜結構12與所述柔性高分子基體14具有不同的熱膨脹係數，其中，所述奈米碳管膜結構12靠近柔性高分子基體14的一表面設置，至少部分包埋於柔性高分子基體14中，優選地，所述奈米碳管膜結構12完全設置於柔性高分子基體14中，並且靠近所述柔性高分子基體的一表面設置。所述奈米碳管膜結構12為複數個奈米碳管122通過凡得瓦力結合而成。而所述兩個電致動夾持臂10的具有奈米碳管膜結構12的表面向相間隔設置。上述奈米碳管膜結構12靠近所述柔性高分子基體14的表面設置，指的係該奈米碳管膜結構12沒有設置於柔性高分子基體14的中間，也就係說奈米碳管膜結構12在柔性高分子基體14中在其厚度方向上並不係對稱的，正係這樣設置，才使得該電致動夾持臂10在其厚度方向上的熱膨脹係數不相同，奈米碳管膜結構12的熱膨脹係數小於柔性高分子基體14的熱膨脹係數，從而當給奈米碳管膜結構12通電發熱，使柔性高分子基體14膨脹時，該電致動夾持臂10才會向具有奈米碳管膜結構12的一面彎曲。本實施例中的電致動夾持臂10為長6厘米，寬1厘米，厚度1毫米的長方體片材，其中奈米碳管膜結構的厚度約為100微米。

所述柔性高分子基體14為具有一定厚度的片材，該片材的形狀不限，可以為長方形、圓形，或根據實際應用製成各種形狀。所述柔性高分子基體14為柔性材料構成，該柔性材料為絕緣材料，只要具有柔性並且熱膨脹係數大於奈米碳管膜結構12即可。所述柔性高分子基體14的材料為矽橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、環氧樹脂、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種或幾種的組合。本實施例中，所述柔性高分子基體14為一矽橡膠薄膜，該矽橡膠薄膜為厚度約為5毫米厚的一長方形薄片，長為6厘米，寬為1厘米。

該奈米碳管膜結構12平行於所述柔性高分子基體14並鋪設於柔性高分子基體14的一表面。該奈米碳管膜結構12係由複數個奈米碳管122通過凡得瓦力結合構成，複數個奈米碳管122之間存在間隙。該奈米碳管膜結構12係在柔性高分子基體14未完全固化呈黏稠的液態時鋪設於該柔性高分子基體14的表面，因此液態的柔性高分子基體材料可以滲透進入該奈米碳管膜結構12中的奈米碳管122之間的間隙當中，該柔性高分子基體14的材料與奈米碳管膜結構12中的奈米碳管122緊密結合在一起。所述奈米碳管膜結構12與柔性高分子基體14接觸的表面部分包埋於所述柔性高分子基體14中，所述奈米碳管膜結構12也可以完全設置於所述柔性高分子基體14中，但仍然靠向整個柔性高分子基體14的一表面設置。由於液態的柔性高分子基體材料可以滲透進入該奈米碳管膜結構12中的奈米碳管122之間的間隙當中，從而奈米碳管膜結構12可以很好地被固定在該柔性高分子基體14的表面，與該柔性高分子基體14具有很好的結合性能，奈米碳管膜結構12與柔性高分子基體14形成一個具有整體結構的複合材料。該電致動夾持臂10不會因為多次使用，影響奈米碳管膜結構12與柔性高分子基體14之間介面的結合性。該奈米碳管膜結構12的厚度遠小於與柔性高分子基體14的厚度，且該奈米碳管膜結構12靠近該柔性高分子基體14的一表面設置，從而使得該電致動夾持臂10具有一非對稱結構。該奈米碳管膜結構12與該柔性高分子基體14的厚度比為1：5~1：200，優選地該奈米碳管膜結構12與柔性高分子基體14的厚度比為1：20~1：25。

本發明中的奈米碳管膜結構12可以為各種形狀，優選的為長條形的片材，當該給奈米碳管膜結構12通電時，該電致動夾持臂10將在其較長的延伸方向上彎曲。請參見圖4，本實施例中，所述奈米碳管膜結構12呈U形，即該奈米碳管膜結構12包括一第一接電部124，一第二接電部126以及一連接部125。所述第一接電部124、第二接電部126以及連接部125均為長條形或者為帶狀。所述連接部125連接所述第一接電部124和第二接電部126，從而形成一彎折延伸的長條形整體結構。所述第一接電部124和第二接電部126相互間隔設置並位於所述連接部125的同一側，從而形成U形的導電通路。奈米碳管膜結構12中的奈米碳管相互結合形成一個整體，該奈米碳管膜結構12係以一個整體的形成複合於所述柔性高分子基體14的一個表面，並被柔性高分子基體14包裹其中。當所述電致動夾持臂10設置於所述支撐臂31的第一端311時，所述連接部125要遠離所述第一端311。所述電致動夾持臂10中所述第一接電部124以及第二接電部126，遠離所述連接部125的一端靠近所述支撐臂31的第一端311。使用時，可以通過兩個導線，分別與所述第一接電部124以及所述第二接電部126的遠離所述連接部125的一端電連接，然後與外界電源電連接，電流通過所述第一接電部124、連接部125及第二接電部126，從而電能轉換成熱能傳遞至電致動夾持臂10內，使所述兩個電致動夾持臂10形成有連接部125的一側將相向彎曲，從而可以實現夾持功能。

所述奈米碳管膜結構12為將一個奈米碳管膜或複數個奈米碳管膜重疊後剪切形成。例如，可以將複數個奈米碳管膜相互層疊設置後，再將其剪切從而獲得一個U形片狀結構的奈米碳管膜結構12。該奈米碳管膜可以為奈米碳管拉膜、奈米碳管碾壓膜、奈米碳管絮化膜中的一種或多種的組合。

請參閱圖5，所述奈米碳管拉膜包括複數個奈米碳管，且該複數個奈米碳管基本相互平行且平行於奈米碳管拉膜的表面。具體地，該奈米碳管膜中的複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，且所述複數個奈米碳管的軸向基本沿同一方向擇優取向排列，也就係說奈米碳管首尾相連沿著奈米碳管膜延伸的方向定向排列。所述奈米碳管拉膜之中的奈米碳管之間存在間隙，當使用該複數個奈米碳管拉膜層疊後剪切製成的奈米碳管膜結構12與柔性高分子基體14結合時，該複數個奈米碳管拉膜可以交叉後重疊，從而使得剪切後獲得的奈米碳管膜結構12中的奈米碳管交叉排列；另外，還可以使該複數個奈米碳管拉膜平行重疊，從而使剪切後獲得的奈米碳管膜結構12中的奈米碳管的軸向基本沿同一方向擇優取向排列。該奈米碳管拉膜的厚度為0.01微米~100微米，其中的奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或幾種。當該奈米碳管膜中的奈米碳管為單壁奈米碳管時，該單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~10奈米。當該奈米碳管膜中的奈米碳管為雙壁奈米碳管時，該雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~20奈米。當該奈米碳管膜中的奈米碳管為多壁奈米碳管時，該多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。所述奈米碳管拉膜的面積不限，可根據實際需求製備。

請參閱圖6，所述奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈的奈米碳管。所述奈米碳管無序排列，或者沿同一方向或不同方向擇優取向排列。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管相互部分交疊，並通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管碾壓膜具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由於奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使奈米碳管碾壓膜為一自支撐的結構。所述奈米碳管碾壓膜可通過碾壓一奈米碳管陣列獲得。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管與形成奈米碳管陣列的生長基底的表面形成一夾角β，其中，β大於等於0度且小於等於15度(0≤β≤15°)，該夾角β與施加在奈米碳管陣列上的壓力有關，壓力越大，該夾角越小，優選地，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管平行於該生長基底排列。該奈米碳管碾壓膜為通過碾壓一奈米碳管陣列獲得，依據碾壓的方式不同，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管具有不同的排列形式。當沿不同方向碾壓時，奈米碳管沿不同方向擇優取向排列。當沿同一方向碾壓時，奈米碳管沿一固定方向擇優取向排列。另外，當碾壓方向為垂直該奈米碳管陣列表面時，該奈米碳管可以無序排列。該奈米碳管碾壓膜中奈米碳管的長度大於50微米。

該奈米碳管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據實際需要選擇。該奈米碳管碾壓膜的面積與奈米碳管陣列的尺寸基本相同。該奈米碳管碾壓膜厚度與奈米碳管陣列的高度以及碾壓的壓力有關，可為1微米~1毫米。可以理解，奈米碳管陣列的高度越大而施加的壓力越小，則製備的奈米碳管碾壓膜的厚度越大；反之，奈米碳管陣列的高度越小而施加的壓力越大，則製備的奈米碳管碾壓膜的厚度越小。所述奈米碳管碾壓膜之中的相鄰的奈米碳管之間具有一定間隙，從而在奈米碳管碾壓膜中形成複數個孔隙，孔隙的孔徑約小於10微米。

請參閱圖7，所述奈米碳管絮化膜包括複數個相互纏繞且均勻分佈的奈米碳管。奈米碳管的長度大於10微米，優選為200~900微米，從而使所述奈米碳管相互纏繞在一起。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網絡狀結構，以形成一自支撐的奈米碳管絮化膜。所述奈米碳管絮化膜各向同性。所述奈米碳管絮化膜中的奈米碳管為均勻分佈，無規則排列，形成大量的孔隙結構，孔隙孔徑約小於10微米。所述奈米碳管絮化膜的長度和寬度不限。由於在奈米碳管絮化膜中，奈米碳管相互纏繞，因此該奈米碳管絮化膜具有很好的柔韌性，且為一自支撐結構，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。所述奈米碳管絮化膜的面積及厚度均不限，厚度為1微米~1毫米，優選為100微米。

請參閱圖4，本實施例中，所述奈米碳管膜結構12優選為複數個奈米碳管拉膜相互層疊後再剪切形成U形結構。該複數個相互層疊的奈米碳管拉膜中，奈米碳管122的軸向具有相同的擇優取向，即該奈米碳管膜結構12中的奈米碳管122的軸向基本沿通一方向擇優取向排列。當剪切複數個相互層疊的奈米碳管膜時，要使得形成的奈米碳管膜結構12中的第一接電部124與第二接電部126沿著奈米碳管膜結構12中的奈米碳管122的擇優取向排列方向延伸。本實施例中，該奈米碳管膜結構12的長度為6厘米，寬度為1厘米，其中所述第一接電部124，和第二接電部126均為長條帶狀，其長度為5厘米，寬度為0.4厘米，第一接電部124和第二接電部126之間的間隙的寬度為0.2厘米，所述連接部125為邊長為1厘米的正方形片材。該奈米碳管膜結構12係由10層奈米碳管拉膜沿著相同的奈米碳管的排列方向重疊後，用剪刀裁減而成，該奈米碳管膜結構12的厚度係100微米。並且，該奈米碳管膜結構12中的奈米碳管122沿著第一接電部124和第二接電部126延伸的方向首尾相連，定向排列。

所述電致動夾持臂10在應用時，將電壓通過所述奈米碳管膜結構12的第一接電部124和第二接電部126施加於該電致動夾持臂10，電流可通過所述奈米碳管膜結構12中通過凡得瓦力相互結合的奈米碳管122所形成的導電網絡進行傳輸。由於奈米碳管122的熱導率很高，當給奈米碳管膜結構12通電後，奈米碳管膜結構12迅速升溫，從而使得所述電致動夾持臂10的溫度快速升高，熱量從所述電致動夾持臂10中奈米碳管122的周圍快速地向整個電致動夾持臂10擴散，即奈米碳管膜結構12可迅速加熱柔性高分子基體14。由於熱膨脹量與材料的體積及熱膨脹係數成正比，且本實施例的電致動夾持臂10由兩層具有不同熱膨脹係數的具有奈米碳管膜結構12的一側和沒有奈米碳管膜結構12的一側複合而成，而具有奈米碳管膜結構12的一側熱膨脹係數遠小於所述柔性高分子基體14的熱膨脹係數，從而使得加熱後的電致動夾持臂10將向熱膨脹係數小的具有奈米碳管膜結構12的面彎曲。由於奈米碳管膜結構12中的第一接電部124和第二接電部126間隔設置於連接部125的同一側，當該電致動夾持臂10的第一接電部124和第二接電部126的一端固定時，所述電致動夾持臂10具有連接部125的一端向設有奈米碳管膜結構12的表面的方向彎曲。由於奈米碳管膜結構12中的第一接電部124和第二接電部126設置於連接部125的同一側，從而該電致動夾持臂10可以實現在所述電致動夾持臂10的一側控制另一側的彎曲運動，可以使該電致動夾持臂10在實際應用中具有更廣泛的應用。此外，由於奈米碳管122具有導電性好、熱容小的特點，所以使該電致動夾持臂10的熱響應速率快。因此，採用該電致動夾持臂10的電致動夾持器100也具有快的響應速率。

可以理解，本發明實施例中的柔性高分子基體14可以設置成與所述奈米碳管膜結構12形狀相同的U形片狀材料。該奈米碳管膜結構12平行於所述柔性高分子基體14並鋪設於柔性高分子基體14的表面，從而形成一具有U形片狀結構的電致動夾持臂10。

請參閱圖8，可以理解，為了提高本發明電致動夾持臂10的奈米碳管膜結構12的連接部125的導電性，可以在奈米碳管膜結構12的連接部125遠離所述第一接電部124及第二接電部126的一側設置一導電增強層128，該導電增強層128至少部分覆蓋所述連接部125，導電增強層128增強了所述連接部125的導電能力，降低了連接部125的電阻，從而進一步提高了該電致動夾持臂10的熱響應速率。該導電增強層可以為金屬材料，如金、鉑、鈀、銀、銅、鐵、鎳等導電性較好的金屬，可以通過沉積的方法將一金屬材料沉積在所述連接部125，形成一定厚度的金屬薄膜。該導電增強層也可以為導電膠，如銀膠，通過印刷的方法形成。

請參閱圖9，本發明第一實施例中的電致動夾持臂10奈米碳管膜結構12中的奈米碳管122首尾相連沿著由第一接電部124到連接部125，再到第二接電部126排列。本實施例的電致伸縮材料可以將圖5所示的奈米碳管拉膜直接連續鋪設在液態柔性高分子基體14表面依次形成連續的第一接電部124，連接部125以及第二接電部126。由於奈米碳管拉膜中的奈米碳管具有相同的擇優取向排列方向，該奈米碳管膜中的複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，且所述複數個奈米碳管的軸向基本沿同一方向擇優取向排列，從而本實施例的電致動夾持臂10中的奈米碳管膜結構12中的奈米碳管122沿著由第一接電部124，連接部125及第二接電部126的方向首尾相連排列。由於奈米碳管122軸向的導電性較強，該電致動夾持臂10由第一接電部124到第二接電部126的電阻較小，從而進一步提高了該電致動夾持臂10的熱響應速率。

請參閱圖10及圖11，本發明第二實施例提供一種電致動夾持器200，該電致動夾持器200與第一實施例的電致動夾持器100結構基本相同。區別在於，本實施例中的電致動夾持器200中的電致動夾持臂20的奈米碳管膜結構22包括複數個第一接電部124及複數個第二接電部126，該複數個第一接電部124與該複數個第二接電部126交替間隔設置於連接部125的同一側。使用時，使所述複數個第一接電部124遠離所述連接部125的一端通過導線60連接電源的正極，使所述複數個第二接電部126遠離所述連接部125的一端通過導線60連接電源的負極，從而通過連接部125使得整個奈米碳管膜結構12中形成回路。採用包括複數個第一接電部124及複數個第二接電部126的奈米碳管膜結構12的電致動夾持臂10，可以降低該電致動夾持臂10的驅動電壓，有利於實際應用。另外，由於該電致動夾持臂20包括複數個第一接電部124及複數個第二接電部126，其可以具有更大的面積，本實施例中的電致動夾持器200可以用於夾持長條形，或柱狀的物體。

請參閱圖12，本發明第三實施例提供一種電致動夾持器300，該電致動夾持器300的結構和第一實施例中的電致動夾持器100結構類似。區別在於，該電致動夾持器200的支撐部70具有複數個支撐臂31，和複數個電致動夾持臂10。其中每一個電致動夾持臂10對應一個支撐臂31設置，所述複數個電致動夾持臂10間隔設置，並且電致動夾持臂10形成有奈米碳管膜結構12的表面向內相對，圍成一個空間，該空間與被夾持物相對應。本發明第三實施例提供的電致動夾持器300，包括複數個電致動夾持臂10，可以具有更寬的應用範圍。

請參閱圖13，本發明第四實施例的電致動夾持器400，其結構與第三實施例中的電致動夾持器300相類似。區別在於，電致動夾持器400的複數個電致動夾持臂10為通過一體成型的方式形成一個具有整體結構的一體式電致動夾持體50。

請參見圖14，該電致動夾持體50具有一個第一側面54，以及一個與該第一側面54相對的第二側面56。所述電致動夾持體50為片材，其包括：一柔性高分子基體14，以及一奈米碳管膜結構52設置於該柔性高分子基體14表面。該奈米碳管膜結構52係在柔性高分子基體14未完全固化呈黏稠的液態時鋪設於該柔性高分子基體14的表面，因此液態的柔性高分子基體材料可以滲透進入該奈米碳管膜結構52中的奈米碳管122之間的間隙當中，該柔性高分子基體14的材料與奈米碳管膜結構52中的奈米碳管122緊密結合在一起。該奈米碳管膜結構52包括偶數個第一接電部124，和偶數個第二接電部126，第二接電部126以及連接部125，均為長條形。所述第一接電部124和所述第二接電部126間隔交替設置，並且每兩個相鄰的第一接電部124和第二接電部126在第一側面54或第二側面56通過連接部125電連接，形成一個U形的導電通路。從而整個奈米碳管膜結構52中的複數個第一接電部124和第二接電部126能夠形成一個完整的導電通路，使用時，只要在第二側面56，使第一個第一接電部124和最後一個第二接電部126連接電源的兩個電極，就可以給整個奈米碳管膜結構52通電。每兩個在所述第一側面54電連接的第一接電部124和第二接電部126可以定義為一個電致動夾持臂10，相鄰的電致動夾持臂10之間除在第二側面56電連接的部分具有柔性高分子基體14外，其他的部分無柔性高分子基體14存在，從而所述一體式電致動夾持體50具有的複數個電致動夾持臂10僅僅在第二側面56相互連接形成一個整體結構。本實施例中，共有6個第一接電部124，和6個第二接電部126，從而形成6個電致動夾持臂10，使用時，使形成有奈米碳管膜結構52的表面向內，該電致動夾持體50捲曲成圓筒狀，所述電致動夾持體50的第二側面56固定於所述支撐部70，從而使得所述複數個電致動夾持臂10間隔設置，並且形成有奈米碳管膜結構52的表面向內，圍成一個夾持空間。

請參見圖15，本發明第五實施例的電致動夾持器500，其結構與第四實施例的電致動夾持器400相類似，本實施例中電致動夾持器500主要特點係電致動夾持體50與支撐部80整合為一體結構。

請參見圖16，圖16為本發明第五實施例的電致動夾持器500的平面爆炸結構示意圖。該電致動夾持器500係在一個整體的高分子基體的基礎上分為兩個區域，即第一區域和第二區域，其材料與前述實施例相同。第一區域形成複數個電致動夾持臂10，而第二區域形成支撐部80。第一區域整體上呈正方形，通過剪切等方式形成具有複數個電致動夾持臂10的電致動夾持體50，然後每一個電致動夾持臂10的基體上與前述實施例相同的方式設置U形奈米碳管膜結構。第二區域呈梯形，其長邊與第一區域銜接，短邊遠離第一區域方向設置。其中，根據實際需求可以設置成第二區域的厚度大於第一區域的厚度。將所述第一區域和第二區域一同向設有奈米碳管膜結構52的一面捲曲成圓筒狀時，第一區域捲曲成為筒狀電致動夾持體50，第二區域捲曲成為錐形支撐部80，從而獲得一個一體成型的電致動夾持器500。兩根導線60分別連接在所述電致動夾持體50的一個第一接電部124，和一個第二接電部126的靠近所述第二區域的一端，需要保證整個電致動夾持體50的奈米碳管膜結構52都能通電。請參見圖15，所述兩根導線60可以通過支撐部的一端伸出，從而與電源相連接。

與先前技術相比較，本發明提供的電致動夾持器，其包括至少兩個間隔設置的支撐臂，以及至少兩個電致動夾持臂。所述電致動夾持臂為柔性高分子基體和奈米碳管膜結構構成的複合材料，具有完整的結構，從而使得該電致動夾持器具有結構簡單的優點。另外，該奈米碳管膜結構包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管由凡得瓦力結合形成一個整體，該複數個奈米碳管相互連接並形成導電網絡，使得該電致動夾持臂具有較好的導電性，可以快速加熱該電致動夾持臂，使得該電致動夾持臂也相應具有較高的導電和導熱性，且熱響應速率較快。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10，20‧‧‧電致動夾持臂

12，22，52‧‧‧奈米碳管膜結構

100，200，300，400，500‧‧‧電致動夾持器

122‧‧‧奈米碳管

124‧‧‧第一接電部

126‧‧‧第二接電部

125‧‧‧連接部

128‧‧‧導電增強層

14‧‧‧柔性高分子基體

30，70，80‧‧‧支撐部

31‧‧‧支撐臂

311‧‧‧第一端

312‧‧‧第二端

50‧‧‧電致動夾持體

54‧‧‧第一側面

56‧‧‧第二側面

60‧‧‧導線

圖1為本發明第一實施例提供的電致動夾持器的立體結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的電致動夾持器的電致動夾持臂的立體結構示意圖。

圖3為圖2所示的電致動夾持器的電致動夾持臂沿III-III線的剖視圖。

圖4為圖2中電致動夾持器的電致動夾持臂中的奈米碳管膜結構的立體結構示意圖。

圖5為本發明第一實施例提供的電致動夾持器的電致動夾持臂中採用的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。

圖6為本發明第一實施例提供的電致動夾持器的電致動夾持臂中採用的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖7為本發明第一實施例提供的電致動夾持器的電致動夾持臂中採用的奈米碳管絮化膜的掃描電鏡照片。

圖8為本發明第一實施例提供的電致動夾持器中具有包含有導電增強層的電致動夾持臂。

圖9為本發明第一實施例提供的電致動夾持器的電致動夾持臂中的一種奈米碳管膜結構的立體結構示意圖，該奈米碳管膜結構中的奈米碳管具特殊的排列方向。

圖10為本發明第二實施例提供的電致動夾持器的結構示意圖。

圖11為本發明第二實施例提供的電致動夾持器的電致動夾持臂中的另一種奈米碳管膜結構示意圖，該奈米碳管膜結構包括複數個第一接電部，和複數個第二接電部。

圖12為本發明第三實施例提供的電致動夾持器的結構示意圖。

圖13為本發明第四實施例提供的電致動夾持器的結構示意圖。

圖14為本發明第四實施例提供的電致動夾持器的電致動夾持體的結構示意圖。

圖15為本發明第第五實施例提供的電致動夾持器的立體結構示意圖。

圖16為本發明第第五實施例提供的電致動夾持器的平面爆炸結構結構示意圖。

10‧‧‧電致動夾持臂

12‧‧‧奈米碳管膜結構

14‧‧‧柔性高分子基體

30‧‧‧支撐部

31‧‧‧支撐臂

60‧‧‧導線

100‧‧‧電致動夾持器

311‧‧‧第一端

312‧‧‧第二端

Claims (20)

1. 一種電致動夾持器，其包括一支撐部，以及至少兩個間隔設置的電致動夾持臂，所述至少兩個電致動夾持臂通過支撐部固定，其改良在於，每一個電致動夾持臂包括一片狀柔性高分子基體以及一奈米碳管膜結構，所述奈米碳管膜結構至少部分包埋於所述柔性高分子基體一表面，所述奈米碳管膜結構為複數個奈米碳管通過凡得瓦力結合而成，所述至少兩個電致動夾持臂具有奈米碳管膜結構的表面間隔相對設置。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜結構為將一個奈米碳管膜或複數個層疊的奈米碳管膜剪切形成。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜包括複數個奈米碳管，該奈米碳管膜中的複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，所述複數個奈米碳管的軸向基本沿同一方向擇優取向排列。
4. 如申請專利範圍第3項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜結構包括至少一第一接電部、至少一第二接電部及一個連接部，所述至少一第一接電部及所述至少一第二接電部為長條形，所述至少一第一接電部與至少一第二接電部相互間隔設置並位於所述連接部的同一側，所述至少一連接部連接所述第一接電部和第二接電部而形成長條狀導電通路，所述至少兩個電致動夾持臂具有奈米碳管膜結構的表面相互間隔相對，所述電致動夾持臂的與所述連接部相對的一端固定於所述支撐體。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電致動夾持器，其中，所述至少一第一接電部與至少一第二接電部的延伸方向與奈米碳管膜結構中的奈米碳管的擇優取向排列方向相同。
6. 如申請專利範圍第4項所述的電致動夾持器，其中，所述電致動夾持臂進一步包括一導電增強層，該導電增強層設置於所述奈米碳管膜結構的連接部以增強所述連接部的導電性。
7. 如申請專利範圍第6項所述的電致動夾持器，其中，該導電增強層的材料為銀膠。
8. 如申請專利範圍第4項所述的電致動夾持器，其中，所述複數個奈米碳管首尾相連沿著由至少一第一接電部到連接部，再到至少一第二接電部方向排列。
9. 如申請專利範圍第2項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜包括均勻分佈的奈米碳管，所述奈米碳管無序排列，或沿複數個不同方向擇優取向排列。
10. 如申請專利範圍第2項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜中的奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網絡狀結構。
11. 如申請專利範圍第1項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜結構的該奈米碳管膜結構與該柔性高分子基體的厚度比為1：5~1：200。
12. 如申請專利範圍第1項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜結構中的複數個奈米碳管之間存在間隙，所述柔性高分子基體的部分材料滲透進入所述間隙當中，使得柔性高分子基體與奈米碳管膜結構緊密結合。
13. 如申請專利範圍第1項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜結構全部包埋於柔性高分子基體中，並靠近所述柔性高分子基體的一表面。
14. 如申請專利範圍第1項所述的電致動夾持器，其中，所述柔性高分子基體的材料為矽橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、環氧樹脂、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、聚吡咯及聚噻吩中的一種或幾種的組合。
15. 如申請專利範圍第1項所述的電致動夾持器，其中，所述支撐部包括至少兩個間隔設置的支撐臂，以及至少兩個電致動夾持臂，每一個電致動夾持臂對應一個支撐臂，設置於該支撐臂的一端，並且所述連接部遠離所述支撐臂。
16. 如申請專利範圍第1項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜結構在所述柔性高分子基體的一表面形成連續的導電通路。
17. 如申請專利範圍第16項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜結構設置於所述柔性高分子基體的整個表面。
18. 一種電致動夾持器，其包括一支撐部，以及複數個間隔設置的電致動夾持臂，所述複數個電致動夾持臂通過支撐部固定，其改良在於，所述複數個電致動夾持臂一體成型形成一個電致動夾持體，該電致動夾持體具有一個第一側面，以及一個與該第一側面相對的第二側面，所述第二側面固定於所述支撐部，該電致動夾持體包括一個柔性高分子基體，其中，所述奈米碳管膜結構至少部分包埋於所述柔性高分子基體一表面，所述奈米碳管膜結構為複數個奈米碳管通過凡得瓦力結合而成。
19. 如申請專利範圍第18項所述的電致動夾持器，其中，所述奈米碳管膜結構包括複數個第一接電部，複數個第二接電部，以及複數個連接部，所述第一接電部和所述第二接電部間隔交替設置，並且每兩個相鄰的第一接電部和第二接電部在第一側面或第二側面通過連接部電連接，形成一個連續的導電通路，一個第一接電部和一個相鄰的第二接電部通過設置於第一端的連接部構成一個電致動夾持臂。
20. 如申請專利範圍第19項所述的電致動夾持器，其中，所述支撐部與所述電致動夾持體一體成型，形成一個整體結構。