[发明专利]基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器及方法

权利要求书

1.基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器，其特征在于：包括控制器(1)，与控制器(1)电连接的高压电源(2)，半圆环状作动结构(3)，在构成作动结构的单层材料内部沿膜上下表面分布的具有可大范围弯曲和伸展的、经特殊设计的电极(4)，电极(4)与高压电源(2)连接；

所述半圆环状作动结构(3)的材料为多层柔性薄膜状材料往复重叠组成的挠曲电材料，一方面通过半圆环的内外径铺设电极，电极通电后由于逆挠曲电作用，实现了逆挠曲电效应所需的电场梯度，产生沿作动结构圆环径向向内的弯曲变形；另一方面通过往复折叠即能够放大输出位移增大输出力又能够整合压缩体积；所述可大范围弯曲和伸展的、经特殊设计的电极(4)由金属薄膜构成，但并非在柔性薄膜状材料外部表面，而是埋设在柔性薄膜状材料内部靠近表面处的位置，其截面形状为波浪型或褶皱型，当半圆环状作动结构(3)的柔性薄膜状材料发生变形时，电极(4)会随之发生相应的变形，由于电极(4)本身结构上具有延展性能，因此不会出现因大变形导致的电极断裂现象，而是波浪型的形状发生变化，或褶皱型结构被一定程度打开，这样保证了材料力-电作用时的可靠性和良好的导电性。

2.根据权利要求1所述的基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器，其特征在于：所述半圆环状作动结构3使用的材料为均匀性质的材料或功能性柔性材料，功能性柔性材料是指在制备过程中通过掺杂-梯度控制方式使材料沿厚度方向产生物理和介电性质的梯度。

3.根据权利要求2所述的基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器，其特征在于：所述制备过程中通过掺杂-梯度控制方式为向柔性材料掺杂进磁敏感或介电常数较大的微小粉末后进行磁场或重力控制，使其沿厚度方向产生粉末密度分布梯度，从而使质量密度和介电常数沿材料厚度方向产生梯度，进而从材料上增强了电场梯度的分布，增大了力-电转换能力。

4.根据权利要求1所述的基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器，其特征在于：所述半圆环状作动结构(3)的柔性薄膜状材料力电特性与待作用载荷相匹配，半圆环状作动结构(3)柔性薄膜状材料的层数与待作用载荷相匹配，柔性薄膜状材料内电极的周期性形状尺度小于单层材料的厚度。

5.权利要求1至4任一项所述的基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器的作动方法，其特征在于：半圆环状作动结构(3)上的电极(4)通电后由于逆挠曲电作用，会产生沿半圆环状作动结构(3)圆环径向向内的弯曲变形，该变形会造成圆环曲率变小，因而在电压作用不变的情况下使得电场梯度进一步加大，电场梯度致的弯曲应力也进一步加大，从而使得半圆环状作动结构(3)进一步变形，直至驱动力与抵抗变形的力相平衡或半圆环状作动结构(3)与待作用物体接触后才不会进一步变形，并保持该形状和握力。