[发明专利]基于电活性软物质的可控面外变形单元

说明书

技术领域

本发明涉及软物质材料应用技术领域，具体是一种应用电活性软物质厚膜产生可调控面外变形的结构单元。

背景技术

具有电活性的高分子聚合物材料(Electric Active Polymer，EAP)属于软物质材料的一类，其本身具有电活性、柔韧性好、重量轻、性质稳定、可透光、材料成本低廉等优点。目前对EAP比如介电高弹聚合物(Dielectric Elastomer,DE)材料应用技术研究的相关文献主要集中在将其制成各种形式的作动器(Dielectric Elastomer Actuators,DEAs)，比如2006年Plante等人在期刊“International Journal of Solids and Structures”发表的“Large-scale failure modes of dielectric elastomer actuators”论文中论述的就是典型的DEAs。已有的这类DEAs中均采用的是连续分布的柔性电极，利用的是DE材料膜的面内变形产生驱动效果。目前还未有见有关利用EAP材料产生可以调节控制面外变形的文献或专利公开发表，而产生可调控的面外变形对结构物面三维纹理形貌调控应用具有重要价值。

目前人工设计的具有特殊物面特性物面三维纹理形貌的实现主要有两种方式，一种是采用机械加工形式直接在结构表面产生所需要的三维纹理形貌，如2008年韩鑫等在“中国科学”发表的“鲨鱼皮复制工艺研究”论文中应用的微压印和微塑铸工艺都属于这种方式。另一种方式是通过在结构表面粘贴具有已成形纹理形貌的附加层方式获得需要的纹理形貌，如1995年李育斌等在“气动实验与测量控制”发表的“运七飞机外表面沟纹膜减阻的实验研究”中就是采用预制好的沟纹膜粘贴在飞机表面实现对飞机表面纹理特性改变，达到减小表面阻力的目的。对于第一种方式，由于依赖于传统的机械加工方式，因而使得能获得的纹理形貌在几何尺度上受到限制，而且在面对一些具有复杂曲面构型的结构表面时，机械加工产生特定的物面三维纹理形貌的方式可能无法实施。此外，这两种方式获得的物面纹理形貌模式固定、尺度单一，而这种固定模式的纹理形貌对外界环境条件变化的功能适应性差。

发明内容

为克服现有技术中存在的加工性差和对外界环境条件变化的功能适应性差的不足，本发明提出了一种基于电活性软物质的可控面外变形单元。

本发明包括盖片、电活性软物质厚膜元、底盒和两组接线端子。其中，所述两组接线端子分别嵌装在底盒两侧边框外表面的框板上。所述电活性软物质厚膜元位于该底盒内底板上。在所述电活性软物质厚膜元的上表面的部分区域和下表面的部分区域分别涂覆有柔性电极涂层；在位于电活性软物质厚膜元的上表面的柔性电极涂层上均覆盖有盖片。

所述柔性电极涂层的涂覆区域为矩形或圆形；当所述柔性电极涂层的涂覆区域为矩形时，该涂覆区域为所述电活性软物质厚膜元的上表面的两侧边处和下表面的两侧边处；当所述的涂覆区域为圆形时，在所述电活性软物质厚膜元的上表面中心圆形区域以外和下表面中心的圆形区域以外的表面涂覆有柔性电极涂层。

当所述所述的涂覆区域为矩形时，覆盖在所述涂覆区域上的盖片为两片矩形盖片；当所述所述的涂覆区域为圆形时，覆盖在所述涂覆区域上的盖片为一片，并且该盖片的中部开有圆形孔，该圆形孔的直径小于未涂覆柔性电极涂层区域的直径。

所述底盒内腔的高度为所述电活性软物质厚膜元与柔性电极涂层的厚度之和。在所述底盒相对称的两侧边框框板上分别有4个嵌装接线端子的安装槽，在各安装槽的槽底部分别有贯通所在边框框板的导线过孔。

所述每侧边框框板上的安装槽分为2组，其中位于各边框框板两端的2个安装槽用于安装第一组接线端子，位于各边框框板中间的2个安装槽用于安装第二组接线端子。

本发明是利用电活性软物质(如DE材料)厚膜单元产生可调控的面外变形，通过设计制作的物面调控单元，实现对物面三维纹理形貌的“可控重塑调节”，从而达到改变结构表面的光学、亲/疏水性、粘附性、表面阻力特性等物面特性，实现对物面特性进行调节和控制的目的。