[发明专利]电致伸缩材料及其制备方法以及电热式致动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电热式致动器，同时涉及一种电致伸缩材料及其制备方 法。

背景技术

致动器的工作原理为将其它能量转换为机械能，实现这一转换经常采用 的途径有三种：通过静电场转化为静电力，即静电驱动；通过电磁场转化为 磁力，即磁驱动；利用材料的热膨胀或其它热特性实现能量的转换，即热驱 动。

静电驱动的致动器一般包括两个电极及设置在两个电极之间的电致伸缩 元件，其工作过程为在两个电极上分别注入电荷，利用电荷间的相互吸引和 排斥，通过控制电荷数量和电负性来控制电极间电致伸缩元件的相对运动。 但是由于静电力反比于电容板之间距离的平方，因此一般只有在电极间距很 小时静电力才比较显著，该距离的要求使该致动器的结构设计较为复杂。磁 驱动的致动器一般包括两个磁极及设置在两个磁极之间的电致伸缩元件，其 工作是通过磁场的相互吸引和排斥作用使两磁极之间的电致伸缩元件产生相 对的运动，但是磁驱动的缺点和静电驱动相同，即由于磁场作用范围有限， 导致电致伸缩元件的上下两个表面必须保持较小的距离，该结构的设计要求 严格且也限制了该致动器的应用范围。

而利用热驱动的致动器克服了上述静电驱动和磁驱动致动器的缺点，该 致动器结构只要能够保证获得一定的热能就能产生相应的形变，另外，相对 于静电力和磁场力，热驱动力较大。现有技术公开一种电热式致动器，请参 阅“基于热膨胀效应的微电热式致动器进展”，匡一宁等，电子器件，vol 22， p.162(1999)。该电热式致动器采用两片热膨胀系数不同的金属结合成双层结 构作为电致伸缩元件，当通入电流受热时，由于一片金属的热膨胀量大于另 一片，双金属片将向热膨胀量小的一方弯曲。然而，由于上述电致伸缩材料 采用金属结构，其柔性较差，导致整个电热式致动器热响应速度较慢。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种柔性的电致伸缩材料及其制备方法，以及 一种热响应速度快的电热式致动器。

一种电致伸缩材料，其包括一第一材料层和一第二材料层，所述第一材 料层和第二材料层层叠设置且热膨胀系数不同，其中，所述第一材料层包括 一第一聚合物基体及均匀分散在该第一聚合物基体中的多个碳纳米管，所述 第二材料层包括一第二聚合物基体。

一种电致伸缩材料的制备方法，其包括以下步骤：提供多个碳纳米管与 一第一聚合物单体溶液；混合该多个碳纳米管及第一聚合物单体溶液形成一 混合溶液；聚合上述混合溶液，从而形成一第一材料层；在所述第一材料层 的一表面形成一第二材料层。

一种电热式致动器，其包括一第一材料层、一第二材料层及至少两个电 极，所述第一材料层和第二材料层层叠设置且热膨胀系数不同，该至少两个 电极间隔设置并与第一材料层电连接，其中，所述第一材料层包括一第一聚 合物基体及分散在该第一聚合物基体中的多个碳纳米管，所述第二材料层包 括一第二聚合物基体。

与现有技术相比较，所述电热式致动器、电致伸缩材料及其制备方法具 有以下优点：由于所述电热式致动器中的电致伸缩材料包括分散的碳纳米管， 所述碳纳米管具有低热容、导热性和导电性良好的性质，使得该电热式致动 器也相应具有较高的导电和导热性，且热响应速率较快；由于第一材料层和 第二材料层均采用聚合物基体，因此该电致伸缩材料具有一定的柔性，所述 电致伸缩材料的制备方法简单。

附图说明

图1是本发明实施例的电热式致动器的剖面结构示意图。

图2是本发明实施例的电热式致动器的伸缩特性对比图。

图3是本发明实施例的电致伸缩材料的制备方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的电热式致动器及其制备方法。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种电热式致动器10，其包括一电致 伸缩材料(图未示)及至少两个电极16。该电致伸缩材料包括一第一材料层 12和一第二材料层14，该第一材料层12和第二材料层14层叠设置且相互结合。 所述第一材料层12和第二材料层14的表面积和厚度基本相同，且第一材料层 12和第二材料层14的厚度可根据实际需要选择。该第一材料层12和第二材料 层14具有不同的热膨胀系数。