[发明专利]电活性聚合物及含有电活性聚合物的制品

说明书

技术领域

本发明涉及电响应性元件和包括这种电响应性元件的制品。

背景技术

在许多应用中使用电活性材料，也称为电响应性材料，例如聚合物。示例性的应用包括但不限于机器人应用、泵、扬声器和假体装置。材料所必需的电能输入越低，则器件可以能效更高。因此，一直存在着对这样一种材料的需要：该材料对相对较少的能量输入具有相对较大的力学响应。

发明内容

本文所公开的是电活性聚合物器件，该器件包括至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物由至少一种烯键式不饱和含氮单体形成，前提条件是该烯键式不饱和含氮单体不是丙烯腈。该电活性聚合物器件选自压电器件、热电器件、致动器、换能器或传感器。

本发明还公开的是用于在电能和机械能之间转换的换能器，该换能器包括致动组件，所述致动组件具有至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物由烯键式不饱和含氮单体形成，前提条件是该烯键式不饱和含氮单体不是丙烯腈；第一电极，其电连接至所述致动组件；和第二电极，其电连接至所述致动组件。一旦越过该致动组件施加电场，则所述至少一个介电聚合物层发生机械位移。

附图说明

根据以下结合附图对本发明的多个实施例的详细说明，可以更全面地理解本发明，其中：

图1示出了本文所公开的示例性换能器。

该图不一定是按比例绘制。

在下面的描述中，参考形成本说明的一部分的附图，并且其中通过图示说明了具体的实施例。应当理解的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，设想到并可作出其他的实施例。因此，以下的具体实施方式不应被理解成具有限制性意义。

具体实施方式

除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有在本领域中通常使用的含义。本文给定的定义旨在便于理解本文频繁使用的某些术语，并无意于限制本发明范围。

除非另外指明，否则在所有情况下，说明书和权利要求书中用来表述特征物尺寸、量和物理特性的所有数字均应理解为由术语“约”来修饰。因此，除非另外指明，否则上述说明书和所附权利要求书中给出的数值参数均为近似值，根据本领域技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性情况，这些近似值可有所不同。

用端值来表述的数值范围包括该范围内包含的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任意范围。

本说明书和所附权利要求中的单数形式“一种”、“一个”和“所述”均涵盖具有多个指代物的实施例，除非其内容明确指示另外的情况。如本说明书和所附权利要求书中所用，术语“或”的含义一般来讲包括“和/或”，除非该内容明确地表示其他含义。

本文所公开的是电活性聚合物和包括这种聚合物的器件。这种器件的例子包括但不限于压电器件、热电器件、致动器和传感器。施加至这种制品的电压可使该制品或包括在该制品中的电活性聚合物变形；或者作为另一种选择，当制品处于机械应力下时，可产生电压。

电活性聚合物是表现出力学响应，例如响应电场而伸长、收缩或弯曲的聚合物；或响应机械应力而产生能量的聚合物。本文所公开的示例性电活性聚合物器件包括至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物由至少一种烯键式不饱和含氮单体形成。

本文所公开的实施例包括至少一个聚合物层。所述至少一个层可具有对形成诸如制动器之类的电气装置有用的任何厚度。在一个实施例中，所述至少一个层可具有至少0.1微米(μm)、至少0.2μm、至少0.5μm、至少1μm、至少10μm或至少50μm的厚度。所述至少一个层可具有最多1000μm、最多500μm、最多200μm或最多100μm的厚度。例如，该厚度可以是约0.01微米至约1000μm、约0.1至500μm或约0.1μm至约100μm。

电气装置或制动器可还包括多个聚合物层。在一个实施例中，所有的所述多个层可包括所述介电聚合物。在一个实施例中，不是所有的所述多个层都包括所述介电聚合物。在一个实施例中，电气装置或制动器可包括多个聚合物层。在一个实施例中，电气装置或制动器可包括约2至约10个聚合物层。制造多层式器件的示例性方法可见于2008年9月18日公布的名称为“Multilayer Conductive Elements”的美国专利公布No.20080224566。

该聚合物可由一种或多于一种单体形成。当本文使用术语单体时，单体为能够与其自身或与不同单体聚合的任何分子。仅由一种单体形成的聚合物是均聚物。由不止一种单体形成的聚合物是共聚物。