[发明专利]基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置及其使用方法

权利要求书

1.一种基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其包括伸展组件和夹具，所述伸展组件为平板型，所述伸展组件的两侧对称设有夹具，其特征在于，

所述伸展组件，其包括控温半导体层和形状记忆材料层，所述形状记忆材料层，其包括形状记忆合金层和形状记忆聚合物层，所述控温半导体层位于所述形状记忆合金层和所述形状记忆聚合物层之间，所述控温半导体层实现伸展组件中热流的主动控制，使所述形状记忆合金和所述形状记忆聚合物交替实现形状记忆效应；所述控温半导体层，其包括制冷半导体晶粒、柔性隔热材料、铜片和柔性导热材料，所述制冷半导体晶粒成对存在，相邻的所述制冷半导体晶粒之间设有所述柔性隔热材料，位于所述制冷半导体晶粒两端的铜片分别通过柔性导热材料与所述形状记忆合金层和所述形状记忆聚合物层的贴合面连接；

所述制冷半导体晶粒沿伸展组件的弯曲方向以间距为1.3mm～6.2mm分布，所述制冷半导体晶粒在垂直于伸展组件的弯曲方向以间距为1mm～4mm分布，从而保证所述制冷半导体晶粒的填充率以及制冷制热功率；

所述伸展组件的弯曲中性面位于所述控温半导体层的内部，在所述伸展组件中形状记忆合金层的应变表达式为：

其中，ρ(t)为伸展组件的弯曲中性面的弯曲半径，a为形状记忆合金层的厚度，b₁为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆合金层贴合面的距离；

所述伸展组件中形状记忆聚合物层的应变表达式为：

其中，ρ(t)为伸展组件的弯曲中性面的弯曲半径，ρ为伸展组件制造时的弯曲半径，c为形状记忆聚合物层厚度，b₁为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆合金层贴合面的距离，b₂为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆聚合物层贴合面的距离；

所述伸展组件中控温半导体层的应变表达式为：

其中，ρ(t)为伸展组件的弯曲中性面的弯曲半径，ρ为伸展组件制造时的弯曲半径，b₁为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆合金层贴合面的距离，b₂为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆聚合物层贴合面的距离。

2.根据权利要求1所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，当伸展组件处于收拢状态时，所述形状记忆合金层具有最大应变，具体表达式如下：

其中，a为形状记忆合金层的厚度，b₁为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆合金层贴合面的距离，ρ₁为伸展组件在展开状态下弯曲半径；

当伸展组件处于展开状态时，所述控温半导体层具有最大应变，具体表达式如下：

其中，b₂为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆聚合物层贴合面的距离，ρ₁为伸展组件在展开状态下弯曲半径，ρ为伸展组件制造时的弯曲半径；

当伸展组件处于展开状态时，所述形状记忆聚合物层具有最大应变，具体表达式如下：

其中，b₂为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆聚合物层贴合面的距离，c为形状记忆聚合物层厚度，ρ₁为伸展组件在展开状态下弯曲半径，ρ为伸展组件制造时的弯曲半径。

3.根据权利要求1所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，所述伸展组件在展开状态时的弯曲半径ρ₁为6mm～30mm。

4.根据权利要求1所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，所述制冷半导体晶粒的长度为所述控温半导体层厚度的0.7～0.9倍，所述制冷半导体晶粒的横截面为边长1mm～3mm的矩形。

5.根据权利要求1所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，与所述控温半导体层连接的控温系统为场效应管组成H桥的驱动芯片。

6.根据权利要求1或者3所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，所述伸展组件的总厚度d为3-15mm。