TWI451912B - 電致動清潔裝置 - Google Patents

Description

電致動清潔裝置

本發明涉及一種電致動清潔裝置，尤其涉及一種基於奈米碳管的電致動清潔裝置。

先前的可產生彎曲形變的人工肌肉材料之一係IPMC(Ionic exchange polymer metal composites離子交換膜金屬複合材料)，係一種新型的智慧材料。目前，國外學者所致力於研究和應用的IPMC材料，係由陽離子交換膜和鉑等貴金屬通過化學鍍方法複合而成。IPMC的致動性能非常類似於生物肌肉，故稱其為“人工肌肉”，它係一種適合於開發仿生機器人的材料。利用它的可彎曲性能，可以製作類似於汽車擋風玻璃刮雨器的除塵器。

然而，IPMC材料面臨以下問題，使其尚無法付諸商業用途：

(1)缺乏有效的保濕塗層：由於IPMC的驅動能力取決於其所含的活性離子，因此工作時要求其保持濕潤。為了保持濕度，需要一個類似皮膚作用的保護性塗層，否則在乾燥的條件下，IPMC只能響應幾分鐘。

(2)使用壽命有限，存在電解作用：IPMC所施電壓超過1.03V，將產生電解作用，相應產生退化、熱量、釋放氣體等啟動反應。其原因係所釋放的氫氣累積在保護性塗層下，將產生氣泡，在真空 環境下將使塗層裂開。利用四-n-丁基胺陽離子，可提高材料的致動效率，相應降低驅動電壓，並把電解效應的影響減到最少。然，大的彎曲位移要求驅動電壓要超出1.03V的電壓限制。

(3)直流刺激產生永久形變：在直流電壓下，IPMC條狀物不能長時間保持位移，而且幾秒鐘內就縮回。一旦撤銷電場，IPMC向相反的方向產生過位移，出現永久形變，該永久性的形變不可以恢復，從而該IPMC條狀物的可重複性較差。

有鑒於此，提供一種結構簡單、壽命長的電致動清潔裝置實為必要。

一種電致動清潔裝置，其包括一支撐體以及至少一電致動清潔臂，該電致動清潔臂的一端固定於所述支撐體。該電致動清潔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設置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，所述柔性高分子基體至少部分材料滲透至所述奈米碳管膜結構中。

與先前技術相比較，本發明提供的電致動清潔裝置，其電致動清潔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，並且不需要保濕塗層，也不存在電解作用，從而具有結構簡單、使用壽命長的優點。另外，其電致動清潔臂由奈米碳管膜結構設置於柔性高分子基體中組成，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，使得該電致動清潔臂具有較好的導電性，可以快速加熱該電致動清潔臂，使 得該電致動清潔臂熱響應速率較快。

10‧‧‧電致動清潔臂

12‧‧‧奈米碳管膜結構

100，200‧‧‧電致動清潔裝置

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‧‧‧支撐體

60‧‧‧導線

圖1為本發明第一實施例提供的電致動清潔裝置的立體結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔臂的立體結構示意圖。

圖3為圖2所示的電致動清潔裝置的電致動清潔臂沿III-III線的剖視圖。

圖4為圖2中電致動清潔裝置的電致動清潔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清潔裝置的電致動清潔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清潔裝置的電致動清潔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清潔裝置的電致動清潔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中具有包含有導電增強層的電致動清潔臂。

圖9為本發明第一實施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔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清潔裝置的結構示意圖。

圖11為本發明第二實施例提供的電致動清潔裝置在工作時的示意圖。

圖12為本發明實施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔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。

本發明涉及一種電致動清潔裝置，其包括一個支撐體以及至少一電致動清潔臂。所述電致動清潔臂的數量可以根據需要設置，最少應該為一個。所述電致動清潔臂的一端固定於所述支撐體。該電致動清潔裝置可以通過電源驅動所述電致動清潔臂做彎曲運動，從而實現除塵，擦拭，或清潔的功能。

本發明的電致動清潔裝置的電致動清潔臂為片狀體或板狀體，根據實際需求可做成長條型、細小型或者超薄型等。該電致動清潔臂由柔性高分子基體以及複合在該柔性高分子基體一表面的奈米碳管膜結構組成。所述的柔性高分子基體係指該柔性高分子基體比較容易彎曲，並且在彎曲以後還具有較好的恢復原來形狀的能力。所述奈米碳管膜結構由大量的相互搭接的奈米碳管組成一個可以自支撐的膜狀體，從而可以形成良好的導電網絡，從而該奈米碳管膜結構具有較好的導電性。該奈米碳管膜結構中的奈米碳管之間還具有間隙。當給該電致動清潔臂通電時，電流通過相互搭接的奈米碳管形成的導電網絡傳導，使得奈米碳管膜結構快速產生熱量並將熱量傳導給柔性高分子基體。由於奈米碳管膜結構的熱膨脹係數小於所述柔性高分子基體的熱膨脹係數，因此該電致動清潔臂設置有奈米碳管膜結構的一側的熱膨脹係數將小於所 述柔性高分子基體另一側的熱膨脹係數。從而該電致動清潔臂在通電受熱以後，將由沒有設置奈米碳管膜結構的一側向設置有奈米碳管膜結構的一側方向彎曲，當斷電時該電致動清潔臂冷卻並恢復原形狀。該電致動清潔臂在通電和斷電的過程中將會做擺動，並且同時還可以發出熱量，從而實現除塵或者除霜等功能。該電致動清潔臂為柔性高分子和奈米碳管構成，由於奈米碳管的質量較輕，因此該電致動清潔臂也具有較輕的質量，從而可以應用於對質量限制比較嚴格的設備中，比如外太空飛船，火星探測車等設備中。

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，需要確保對整個奈米碳管膜結構進行通電，這樣才能夠確保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，當該電致動清潔臂通電時，該電致動清潔臂將在其較長的延伸方向上彎曲。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，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。本發明具體實施例中就給出了一種U型結構的奈米碳管膜結構，這樣的結構可以確保從該電致動清潔臂的一側通入電流，從而實際應用時電致動清潔臂的安裝更加方便。

為了有效控制本發明的電致動清潔裝置的電致動清潔臂的彎曲運動，該電致動清潔比的一端最好固定，這樣可以通過所述電致動清潔臂另一端的彎曲運動來實現抹除或者擦拭的功能。所述支撐 體主要起到固定所述電致動清潔臂的作用，因此，所述電致動清潔臂於支撐體之間的固定方式不限，只要能夠使得所述電致動清潔臂的一端固定，另一端相互間隔設置就可以。所述支撐體可以和所述電致動清潔臂一體成型設置，也可以分開形成。本領域技術人員可以在本發明說明書的基礎上，組合出來各種電致動清潔裝置，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。

所述電致動清潔裝置還需要導線若干，用於給所述電致動清潔臂通電。給所述電致動清潔臂通電的導線可以沿支撐體外表面設置，並通過電致動清潔臂固定在支撐體的一端給電致動清潔臂通電。另外，也可以在支撐體內設置走線通道等，使導電線路從支撐臂內部走線，然後再給所述電致動清潔臂固定在支撐體的一端通電。更進一步的，還可以將電致動清潔裝置的支撐體與電致動清潔臂連接的一端設置卡槽，卡槽內設置電極，將所述電致動清潔臂的一端直接採用卡扣的形式固定在所述卡槽內，使得該電致動清潔裝置具有裝卸簡單，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清潔臂與支撐體的連接方式，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清潔裝置，其採用了由柔性高分子基體和奈米碳管膜結構複合形成的電致動清潔臂作為基本清潔，擦拭，或者除塵元件，具有結構簡單的優點。另外，奈米碳管膜結構靠近所述柔性高分子基體的表面，設置於柔性高分子基體之中，當該柔性高分子基體為絕緣材料時，該電致動清潔裝置還可以在水中 直接應用。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清潔臂，從而使其具有較快的響應速度。

以下將結合附圖以及各個具體實施例詳細說明本發明提供的電致動清潔裝置。

請參考圖1，本發明第一實施例提供一種電致動清潔裝置100，該電致動清潔裝置包括一個支撐體30，以及一個電致動清潔臂10，以及若干導線60。所述電致動清潔臂10的一端固定於所述支撐體30。所述導線60固定在所述支撐體30，並與所述電致動清潔臂10電連接，用於給所述電致動清潔臂10通電。

所述支撐體30為條形的棒狀物，其可以為固體，硬質材料構成，如金屬，塑膠，木材，玻璃等。當所述支撐體30的材料為金屬時，可以在該支撐體30的表面形成一層絕緣材料，從而避免所述電致動清潔臂10短路。所述支撐體30可以為具有一定厚度的長條形片材，所述電致動清潔臂10可以通過黏結劑，或者係膠帶黏附在所述支撐體30，或者通過螺絲或螺栓固定在所述支撐體30。所述支撐體30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從所述支撐體30的一端進入所述空心管狀體，在所述支撐體30的另一端穿出所述空心管狀體，用於連接電源到所述電致動清潔臂10，並給所述電致動清潔臂10通電，從而控制該電致動清潔臂10彎曲。本實施例中，所述支撐體30為長條形的塑膠棒，長度約10厘米，寬度為1厘米，所述電致動清潔臂10直接嵌設在所述支撐體30。

請一併參考圖2及圖3，所述電致動清潔臂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的表面設置，至少部分設置於所述柔性高分子基體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14的表面設置。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。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，而係設置在柔性高分子基體14的靠近一表面的位置，亦即電致動清潔臂10在其厚度方向上形成的係不對稱結構，這樣設置，才使得該電致動清潔臂10在其厚度方向上的熱膨脹係數不相同，即該電致動清潔臂10設有奈米碳管膜結構12一側的熱膨脹係數小於沒有設置奈米碳管膜結構12一側的熱膨脹係數，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，該電致動清潔臂10才會向設有奈米碳管膜結構12的一個側面彎曲。本實施例中的電致動清潔臂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的具有自支撐特性的膜狀結構，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接觸的表面部分設置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，並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。該電致動清潔臂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的表面設置，從而使得該電致動清潔臂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，當該電致動清潔臂10通電時，該電致動清潔臂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。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。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，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。

請結合圖2及圖4，一併參閱圖1，當所述電致動清潔臂10設置於所述支撐體30的時，所述連接部125要遠離所述支撐體30。所述電致動清潔臂10中所述第一接電部124以及第二接電部126的遠離所述連接部125的一端固定於所述支撐體30。所述導線60用於給奈米碳管膜結構12通電，並且與所述奈米碳管膜結構12電連接，連接方式可以有多種，根據奈米碳管膜結構12的具體形態可以有具體的連接方式。只要能夠使得整個奈米碳管膜結構12都能夠通上電流，整體實現發熱就可以。如當奈米碳管膜結構12為長方形片狀結構時，導線60可以接到奈米碳管膜結構12的相對的兩個端部，從而給整個奈米碳管膜結構12通電。本實施例中，所述奈米 碳管膜結構12呈U形，因此可以採用一個導線60連接到所述第一接電部124遠離連接部125的一端，一個導線連接到所述第二接電部126遠離連接部125的一端，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通入該電致動清潔臂10，所述兩個電致動清潔臂10形成有連接部125的一側將相向彎曲，從而可以除塵功能。

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，所述奈米碳管拉膜由複數個奈米碳管組成，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，亦即該複數個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均為帶狀長條，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。

所述電致動清潔臂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施加於該電致動清潔臂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，從而使得所述電致動清潔臂10的溫度快速升高，熱量從所述電致動清潔臂10中奈米碳管122的周圍快速地向整個電致動清潔臂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，且所述電致動清潔臂10由兩層具有不同熱膨脹係數的奈米碳管膜結構12和柔性高分子基體14複合而成，而奈米碳管膜結構12的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清潔臂10將向熱膨脹係數小的奈米碳管膜結構12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，當該電致動清潔臂10的第一接電部124和第二接電部126的遠離所述連接部125的一端固定時，所述電致動清潔臂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，從而該電致動清潔臂10可以實現在所述電致動清潔臂10的同一側控制另一側實現彎曲，可以使該電致動清潔臂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，所以使該電致動清潔臂10的熱響應速率快。因此，採用該電致動清潔臂10的電致動清潔裝置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清潔臂10。

請參閱圖8，可以理解，為了提高本發明電致動清潔臂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清潔臂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清潔臂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。本實施例的電致動清潔臂10還可以將圖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的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。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。本實施例的電致動清潔臂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，該電致動清潔臂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清潔臂10的熱響應速率。

請參看圖10，本發明第二實施例提供一種電致動清潔裝置200，該電致動清潔裝置200與第一實施例的電致動清潔裝置100結構類似。區別在於，該電致動清潔裝置200具有兩個電致動清潔臂10，該兩個電致動清潔臂10並列平齊設置。所述兩個電致動清潔臂10平行間隔設置，並且一端固定於所述支撐體30。所述兩個電致動清潔臂10之間的距離可以根據實際需要進行調整。所述兩個電致動清潔臂10的設置有奈米碳管膜結構12的表面相互背離，沒有設置奈米碳管膜結構12的表面直接面對。導線60分別連接在奈米碳管膜結構12的第一接電部124以及第二接電部126遠離連接部125的一端，從而可以給所述兩個電致動清潔臂10通電。當給上述兩個電致動清潔臂10通電時，電致動清潔臂10將由柔性高分子基體14向奈米碳管膜結構12的方向彎曲。請參見圖11，由於所述 兩個電致動清潔臂10的柔性高分子基體14直接相互面對，間隔設置，並且奈米碳管膜結構12相互遠離，從而所述兩個電致動清潔臂10將會相互背離的彎曲，從而可以由內向外或者由中部向邊緣方向掃除，具有更大的清潔面積。

可以理解，本領域的技術人員在本發明說明書的基礎上，可以將複數個電致動清潔臂10安裝於支撐體30，組合成多種電致動清潔裝置，比如可以將複數個電致動清潔臂10間隔排列並將設有奈米碳管膜結構12的表面共面設置，也可以將複數個電致動清潔臂10中的相鄰兩個形成有奈米碳管膜結構12的表面相對設置，也可以將複數個電致動清潔臂10形成有奈米碳管膜結構12的表面同向設置，從而可以在個電致動清潔臂10末端獲得較大的清潔面積。然而這樣的組合都係在本發明第一實施例的電致動清潔裝置100，及第二實施例的電致動清潔裝置200的基礎進行的組合或變化，因此都應該在本發明的保護範圍之內。

可以理解，為了使得所述電致動清潔臂10具有更好的除塵效果，還可在所述電致動清潔臂10平行於所述第一接電部124或第二接電部126的側面(本說明書稱為電致動清潔臂的側邊緣)設置大量的刷毛，工作時設有刷毛的一側對準待除塵的物體進行，從而當電致動清潔臂10在彎曲時，該刷毛可以直接作用於灰塵或者汙物，從而提高除塵的效果。當然，也可以在電致動清潔臂的末端(可稱為末端邊緣)也可以設置刷毛。

本發明實施例的電致動清潔臂10還可以具有其他結構，請參閱圖12，比如該電致動清潔臂10的奈米碳管膜結構12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的電致動清潔臂10，可以降低該電致動清潔臂10的驅動電壓，有利於實際應用。

與先前技術相比較，本發明提供的電致動清潔裝置，電致動清潔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，並且不需要保濕塗層，也不存在電解作用，在通斷電後恢復形狀快，從而具有使用壽命長，可重複性好的優點。另外，其電致動清潔臂由奈米碳管膜結構設置於柔性高分子基體中組成，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，使得該電致動清潔臂具有較好的導電性，可以快速加熱該電致動清潔臂，使得該電致動清潔臂熱響應速率較快。

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‧‧‧電致動清潔臂

30‧‧‧支撐體

60‧‧‧導線

100‧‧‧電致動清潔裝置

Claims (20)

1. 一種電致動清潔裝置，其包括一支撐體以及至少一電致動清潔臂，所述電致動清潔臂在延伸方向上具有相對的兩端，其中，所述電致動清潔臂的一端固定於所述支撐體，另一端與所述支撐體相互間隔，其改良在於，每一個電致動清潔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設置於所述柔性高分子基體的一表面，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，所述柔性高分子基體至少部分材料滲透至所述奈米碳管膜結構中。
2. 如請求項1所述的電致動清潔裝置，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。
3. 如請求項2所述的電致動清潔裝置，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。
4. 如請求項2所述的電致動清潔裝置，其中，所述奈米碳管膜結構中的複數個奈米碳管首尾相連並沿著連續的導電通路延伸方向擇優取向排列。
5. 如請求項1所述的電致動清潔裝置，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的一連接部，所述第一接電部與第二接電部相互間隔設置並位於所述連接部的同一側，所述電致動清潔臂的與所述連接部相對的一端固定於所述支撐體。
6. 如請求項5所述的電致動清潔裝置，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。
7. 如請求項6所述的電致動清潔裝置，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 。
8. 如請求項6所述的電致動清潔裝置，其中，所述奈米碳管膜包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網狀結構。
9. 如請求項6所述的電致動清潔裝置，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。
10. 如請求項9所述的電致動清潔裝置，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。
11. 如請求項10所述的電致動清潔裝置，其中，所述電致動清潔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。
12. 如請求項11所述的電致動清潔裝置，其中，所述導電增強層的材料為銀膠。
13. 如請求項1所述的電致動清潔裝置，其中，所述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。
14. 如請求項1所述的電致動清潔裝置，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。
15. 如請求項1所述的電致動清潔裝置，其中，所述奈米碳管膜結構全部設置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。
16. 如請求項1所述的電致動清潔裝置，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。
17. 如請求項1所述的電致動清潔裝置，其中，該電致動清潔裝置包括至少二個間隔設置的所述電致動清潔臂，並所述至少二個電致動清潔臂的設有奈米碳管膜結構的表面同向設置。
18. 如請求項17所述的電致動清潔裝置，其中，所述至少二電致動清潔臂的設有奈米碳管膜結構的表面共面設置。
19. 如請求項17所述的電致動清潔裝置，其中，該電致動清潔裝置包括至少二所述電致動清潔臂，所述至少二電致動清潔臂並列設置並所述至少二電致動清潔臂的設有奈米碳管膜結構的表面背離或相對設置。
20. 如請求項1所述的電致動清潔裝置，其中，所述電致動清潔臂的邊緣設置有刷毛。