[发明专利]可控聚合物致动器

说明书

可控聚合物致动器（1），包括：介电弹性膜（2）；第一可变形电极（3）和第二可变形电极（4），该第一和第二可变形电极布置在介电弹性膜的相对侧上以使得电极之间的电压施加导致可控聚合物致动器的活动部分（7）改变形貌。可控聚合物致动器（1）还包括连接至介电弹性膜的变形控制层（5，6）。变形控制层至少在局部比介电弹性膜的刚度更高，并且跨越活动部分（7）表现出空间上变化的刚度。这可允许利用之前已知的可控聚合物致动器根本不能实现的表面形貌，和/或可允许用更简单的电极图案和/或更少的独立可控的电极实现某种表面形貌。

技术领域

本发明涉及可控聚合物致动器和制造这种可控聚合物致动器的方法。

背景技术

聚合物致动器或者电活性聚合物（EAP）提供了生成薄膜致动表面的唯一可能性。这可用于许多不同的应用，例如，可控光学元件、所谓的电子肌肉和其中利用可控的表面形貌来修正表面的外观和/或触觉属性的应用。

聚合物致动器一般包括夹在两个可变形电极之间的介电弹性膜。当在电极之间施加电压时，产生力图将电极推得相互更加靠近的静电力。在发生这种情形时，电极之间的介电弹性膜部分被压缩直到压力与静电力平衡，此时介电弹性膜已经（至少局部地）变得更薄。由于介电弹性膜的不可压缩性，所以局部厚度的减少转化为聚合物致动器的另一尺寸的变化。通过适当地选择电极几何形状并控制电极之间所施加的电压，聚合物致动器的表面形貌可以通过在电极之间应用介电弹性膜来控制。然而，表面形貌的控制受介电弹性膜的属性和电极的配置的限制。

为了扩大可控范围，至少在幅度方面的范围，US 2008/0289952公开了在由介电弹性膜和控制电极形成的堆叠体的一侧或者两侧的上方设置钝化层。为了放大平面外的变形并形成更加可见的表面特征，钝化层比介电弹性膜更软。

尽管US 2008/0289952提供了增加的平面外变形的控制范围，但是根据US 2008/0289952的聚合物致动器仍然局限于通过电极几何形状控制变形的位置，这使得实现某些表面形貌变得困难和/或复杂。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷和其它缺陷，本发明的总体目标是提供改进的可控聚合物致动器，尤其是便于控制可控聚合物致动器的表面形貌。

根据本发明的第一方面，提供了一种可控聚合物致动器，包括：介电弹性膜；位于介电弹性膜的第一侧上的第一可变形电极；和位于介电弹性膜的第二侧上的与第一可变形电极至少部分地相对的第二可变形电极，第一和第二可变形电极布置成使得电极之间的电压施加导致可控聚合物致动器的活动部分变成改变形貌，其中可控聚合物致动器还包括连接至介电弹性膜的变形控制层，变形控制层至少在局部比介电弹性膜的刚度更高，并且跨越活动部分以刚度图案表现出空间上变化的刚度，所述刚度图案被配置成在电极之间施加电压时控制活动部分的曲率。

在本申请的上下文中，变形控制层被“连接至”介电弹性膜应当被理解为意味着在变形控制层和介电弹性膜之间存在直接或间接的机械连接，使得作用在介电弹性膜上的力导致作用在变形控制层上的力。

变形控制层的“刚度”由变形控制层的厚度和材料属性（尤其是弹性模量）确定。

应当注意，“刚度图案”不需要为重复的结构，而是可以为具有不同刚度的各部分的不规则图案。

本发明是基于以下认识：通过提供具有空间上变化（跨越可控聚合物致动器的表面）的刚度的可控聚合物致动器能够实现可控聚合物致动器的表面形貌的改进控制，这样使得介电弹性膜的材料的给定位移导致由针对空间上变化的刚度选择的图案所确定的曲率。本发明人已经进一步意识到，通过提供具有比介电弹性膜更高的刚度并且跨越可控聚合物致动器的活动部分表现出空间上变化的刚度的变形控制层，可有利地实现这种空间上变化的刚度。