專利名稱：電活性聚合物致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里公開(kāi)的本發(fā)明大體上涉及電活性聚合物致動(dòng)器。具體而言，它涉及一種具有不對(duì)稱分層結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器，該不對(duì)稱分層結(jié)構(gòu)允許局部化的不在適當(dāng)位置的致動(dòng)。本發(fā)明也涉及一種制造這樣的致動(dòng)器的方法。
背景技術(shù)：
形式為疊層(或者三明治結(jié)構(gòu)或者分層材料)的電介質(zhì)致動(dòng)器屬于迅速進(jìn)展的技術(shù)領(lǐng)域。簡(jiǎn)單電介質(zhì)致動(dòng)器可以包括電活性聚合物層和電極對(duì)，該電極對(duì)用于施加靜電力并且由此引起聚合物層在切向和/或橫向方向上的彈性變形。更多復(fù)雜電介質(zhì)致動(dòng)器可以包括功能附加層，比如光學(xué)反射或者防反射層、紋理增強(qiáng)層、電和/或熱傳導(dǎo)層等。添加鈍性層可能影響電介質(zhì)致動(dòng)器對(duì)施加的電場(chǎng)做出響應(yīng)的方式。在US-2008/0289952中公布的申請(qǐng)公開(kāi)了一種疊層，其由涂覆有一個(gè)或者多個(gè)鈍性聚合物層的致動(dòng)器構(gòu)成。鈍性層在致動(dòng)器對(duì)它們施加的剪切力的作用之下對(duì)致動(dòng)場(chǎng)的變化間接地做出響應(yīng)。因此如本申請(qǐng)的圖1中所示，致動(dòng)器的電極El、E2之間的活性區(qū)域D的擴(kuò)展使鈍性層PLl、PL2伸展，從而在疊層TDU的外表面TDS上產(chǎn)生與活性區(qū)域D的邊界對(duì)應(yīng)的提升邊緣。(注意電極E1、E2的可見(jiàn)尺寸差不是這一類型的所有致動(dòng)器共有的特征。)為了進(jìn)一步圖示這樣的/歡展麗式移動(dòng)，圖2示出EAP層202的位于兩個(gè)電極210、211之間的那部分的壓縮和附后的平面伸展如何通過(guò)泊松效應(yīng)引起周圍鈍性層210、211的放大的厚度收縮。通過(guò)將活性區(qū)域伸展成更薄形狀而從活性區(qū)域供應(yīng)組成提升邊緣的材料；這樣的伸展可能不會(huì)在所有應(yīng)用中被接受。Koo, Jung 等的文章 Development of soft-actuator-based wearable tactiledisplay, IEEE Trans.Robotics, vol.24, n0.3 (2OO8 年六月)，第 549 - 558 頁(yè)公開(kāi)了一種電介質(zhì)致動(dòng)器，該電介質(zhì)致動(dòng)器的部分能夠如本申請(qǐng)的圖3中所示的那樣激廣(duck)移動(dòng)。在剛性邊界框(未示出)以內(nèi)夾持致動(dòng)器302、310、311的活性部分320，因此未與周圍部分321彈性接觸。該夾持對(duì)切向擴(kuò)展進(jìn)行約束并且使致動(dòng)器代之以在平面外偏轉(zhuǎn)，優(yōu)選的翹曲方向由鈍性層301的存在定義。盡管這一類型的致動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)大的偏轉(zhuǎn)幅度，但是它們一般不能產(chǎn)生銳利邊緣、因此對(duì)觸覺(jué)應(yīng)用而言不理想。另外，已經(jīng)顯現(xiàn)，翹曲模式致動(dòng)器對(duì)對(duì)稱形狀、比如方形或者圓形形狀表現(xiàn)最佳，因此不會(huì)與太不規(guī)則的電極形狀兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是克服這些限制，并且提供一種致動(dòng)器，其具有用于產(chǎn)生相對(duì)銳利的邊緣而又僅在有限程度上在平面內(nèi)擴(kuò)展的致動(dòng)模式。又一目的是提供一種用于制造這樣的致動(dòng)器的有效方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這些目的中的至少一個(gè)目的由一種致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)，該致動(dòng)器包括電活性聚合物(EAP)層和在EAP層的每側(cè)上設(shè)置的可伸展電極結(jié)構(gòu)。
電極結(jié)構(gòu)可以具有柔性片、板、格柵、可尋址矩陣、可尋址點(diǎn)陣列等的形式。它們?cè)谒鼈冎辽倥cEAP層ー樣軟的意義上是可伸展的。更具體而言，它們的彈性模量(或者楊氏模量)Yel,Yel,2小于或者基本上等于EAP層的彈性模量Yeap。(在各向異性材料的情況下，用于切向/平面內(nèi)變形的弾性模量是最相關(guān)的彈性模量)根據(jù)本發(fā)明，致動(dòng)器還包括鈍性層，該鈍性層固著到致動(dòng)器的ー側(cè)(即固著到可伸展電極結(jié)構(gòu)之一)并且通過(guò)被致動(dòng)器夾帶而弾性地可變形，鈍性層在所有切向方向上具有機(jī)械均勻性。將鈍性層固著到致動(dòng)器主要以在各層之間傳送剪切カ為目的；可以使用人造粘接方式來(lái)接合某些材料，而在材料的其它組合之間的粘合力可以一旦兩個(gè)表面形成接觸就出現(xiàn)。當(dāng)電極結(jié)構(gòu)越過(guò)EAP層的活性區(qū)域施加電壓時(shí)，活性區(qū)域?qū)M向壓縮并且g在增加它的面積。由于致動(dòng)器的ー側(cè)固著到機(jī)械上均勻的鈍性層——這ー均勻性包括在所有橫向方向上的非約束的可擴(kuò)展性和可收縮性——所以致動(dòng)器將以局部化的方式變形。更具體而言，變形將被局限于活性區(qū)域及其緊鄰的周圍，從而這一區(qū)域的內(nèi)部在平面外移位而又將定向維持成與它的原始位置基本上平行。在活性區(qū)域的邊界處和活性區(qū)域的邊界周圍的區(qū)域?qū)⒃谀撤N程度上在厚度方向上行進(jìn)并且將一般與疊層的平面非平行地進(jìn)行定向。在壓縮之下的EAP層可以借助它的邊界區(qū)域的彎曲來(lái)松弛成平衡狀態(tài)而基本上未使它的周圍變形；換而言之，電場(chǎng)引起的尺寸擴(kuò)展將基本上被局限于活性區(qū)域，并且其大部分被邊界區(qū)域的從EAP層的平面的向外延伸所吸收。通過(guò)向致動(dòng)器提供以這一方式變形(在下文中稱%翹曲模式變m的能力，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第一目的。未遵循特定理論模型，認(rèn)為有助于這一局部化的平面外變形的機(jī)制之ー是麥克斯韋應(yīng)變(在所有三個(gè)維度中)發(fā)生于活性區(qū)域中、但是未超出這ー活性區(qū)域的事實(shí)。因此，如果定義好電極邊緣，則銳利邊緣最可能出現(xiàn)。EAP層最容易朝著未與鈍性層鄰近的自由電極擴(kuò)展并且因此將位于疊層的松弛配置的被施加電場(chǎng)的凸側(cè)上。本發(fā)明的ー個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它以少量能量開(kāi)支產(chǎn)生顯著的豎直幅度(深度形貌)。這是因?yàn)榕c具有厚度增強(qiáng)層的伸展模式致動(dòng)器比較，更少數(shù)量的材料被重定位。這是如下事實(shí)的結(jié)果:在致動(dòng)的伸展模式致動(dòng)器中的厚度增強(qiáng)層被變形成其中它具有比在松弛狀態(tài)中更小的厚度的配置。增強(qiáng)層的兩側(cè)相互逼近。對(duì)照而言，根據(jù)本發(fā)明的致動(dòng)器可以通過(guò)在基本上一個(gè)單個(gè)(橫向)方向上在平面外移位定界的區(qū)域來(lái)產(chǎn)生紋理增強(qiáng)邊緣；該層的兩側(cè)大致上被布置成相互平行。因此，本發(fā)明至少?gòu)挠|覺(jué)觀點(diǎn)來(lái)看實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)?shù)募y理增強(qiáng)而又在更低的局部應(yīng)變下進(jìn)行操作，從而所需峰電壓更低并且減少生命周期能量消耗。與在US-2008/0289952中公開(kāi)的類型的致動(dòng)器比較，本發(fā)明的另ー優(yōu)點(diǎn)是預(yù)應(yīng)變致動(dòng)器膜的使用并非必需。這簡(jiǎn)化制造。預(yù)應(yīng)變有利于伸展模式變形和隨后的提升的邊緣形成，而不是翹曲模式變形；例如預(yù)應(yīng)變可以對(duì)在活性區(qū)域的邊界周圍EAP層的增厚有貢獻(xiàn)。又ー優(yōu)點(diǎn)在于，也并非必須使用在切向方向上可伸展的電極，針對(duì)在翹曲模式中，邊緣由鈍性層的下移部分產(chǎn)生而不是通過(guò)切向地伸展鈍性層來(lái)產(chǎn)生。這向設(shè)計(jì)者提供更大自由度；具體而言，由于繼而可以提供電極作為穩(wěn)定的、基本上不伸展的表面，所以可以將反射表面直接布置到致動(dòng)器上。對(duì)具有更小彎曲硬度(也就是更小剪切模量和厚度)的致動(dòng)器材料而言，尺寸擴(kuò)展通常更局部化。應(yīng)當(dāng)理解，鈍性涂層的一面性(one-sideness)不是本發(fā)明的基本要素并且未絕對(duì)要求出現(xiàn)翹曲模式行為。而是，這通過(guò)在疊層的整個(gè)結(jié)構(gòu)中存在不對(duì)稱來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，如果雙鈍性層之ー在橫向方向上相對(duì)更多地屈服并且因此適合于容納g在向該鈍性層中移位的活性區(qū)域的話，則可以預(yù)期在由該雙鈍性層包圍的致動(dòng)器中具有相似行為。與此對(duì)照，具有紋理增強(qiáng)的用于伸展模式致動(dòng)的器件經(jīng)常以在致動(dòng)器芯的每側(cè)上布置的具有相似機(jī)械性質(zhì)的雙鈍性層為特征；因此，通過(guò)保證在器件的厚度范圍內(nèi)的基本上対稱的硬度梯度來(lái)避免彎曲偏轉(zhuǎn)。在第二方面中，本發(fā)明提供一種用于制造根據(jù)第一方面的致動(dòng)器的方法。通過(guò)該方法，在概念上將待生產(chǎn)的致動(dòng)器劃分成將單獨(dú)生產(chǎn)的兩個(gè)或者更多個(gè)子疊層。每個(gè)子疊層包括一層或者多層并且通過(guò)直接制造或者通過(guò)獲得預(yù)制材料由単獨(dú)的并且可能并行的過(guò)程來(lái)提供。在制備子疊層之后，將子疊層疊放在一起以形成致動(dòng)器。疊放可以通過(guò)機(jī)械壓縮、化學(xué)粘接、熱或者聲學(xué)焊接、使用無(wú)輔助的表面粘合(比如通過(guò)范德瓦爾斯力)或者本領(lǐng)域本身已知的某其它疊放方法來(lái)發(fā)生。參照本發(fā)明的第二目的，特別是如果子疊層中的至少ー個(gè)子疊層包括多個(gè)粘接層、包括溫度處理或者輻射處理的構(gòu)成、熱或者化學(xué)硬化的組分、預(yù)伸展層、通過(guò)涂覆預(yù)伸展的襯底來(lái)制造的層或者以耗時(shí)方式或者要求與至少ー個(gè)其它制造步驟在物理上分離制造以避免污染的任何其它成分，則這一方法尤其提高效率。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器包括EAP層、設(shè)置于每側(cè)上的可伸展電極結(jié)構(gòu)和直接固著到致動(dòng)器的可伸展電極結(jié)構(gòu)之ー的鈍性層。因此，電極結(jié)構(gòu)中的僅ー個(gè)電極結(jié)構(gòu)插入于EAP層與鈍性層之間。這允許致動(dòng)器按照需要在翹曲模式中變形。如上文所言，如果鈍性層和/或致動(dòng)器的切向可擴(kuò)展性受存在于致動(dòng)器中的硬性或者剛性元件約束的話，則將促進(jìn)翹曲模式。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍性層比EAP層更厚。具有這樣的設(shè)計(jì)的致動(dòng)器已經(jīng)證明在翹曲模式中變形。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍性層比EAP層更軟。換而言之，鈍性層的彈性模量Yp小于EAP層的彈性模量Yeap。比值Yp/Yeap至多為1.1，比如至多為1，比如至多為0.75，比如至多為0.5，比如至多為0.25、比如至多為0.1。這ー實(shí)施例可以有利地與先前實(shí)施例組合以便在致動(dòng)時(shí)候?qū)崿F(xiàn)明顯翹曲模式行為。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍性層具有至多0.5MPa，優(yōu)選地至多0.4MPa并且最優(yōu)選地至多
0.3MPa的切向彈性模量。這ー實(shí)施例已經(jīng)證明以翹曲模式進(jìn)行變形。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍性層具有頂層，該頂層具有若干GPa的切向彈性模量和1.5微米的厚度。這ー實(shí)施例已經(jīng)證明以翹曲模式進(jìn)行變形。在一個(gè)實(shí)施例中，EAP層包括如下組分，該組分包含從以下列項(xiàng)中選擇的至少ー種材料:
-丙烯酸樹(shù)脂，
_聚[苯こ烯_b_ (こ烯-共聚_ 丁烯)-b-苯こ烯],
-聚氨基甲酸酷，
-聚氯こ烯，
-娃酮、例如娃酮橡膠。這些材料已經(jīng)作為EAP材料證實(shí)具有有利性質(zhì)。首先，它們具有等于或者接近0.5的泊松比，這保證接近不可壓縮的行為，通過(guò)該行為，切向收縮與橫向擴(kuò)展共同發(fā)生，反之亦然。具體而言，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)它們?nèi)缦惹疤岬降膶?shí)施例中的那樣在與鈍性層組合時(shí)以翹曲模式實(shí)施。可調(diào)反射體形成又一組實(shí)施例，其可容易地與來(lái)自己經(jīng)概述的實(shí)施例的特征進(jìn)行組合。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，鈍性層具有光學(xué)反射外表面。反射表面被適配成在預(yù)定波長(zhǎng)范圍中反射電磁輻射。適當(dāng)?shù)兀瓷浔砻娉鲇跍y(cè)量或者成像目的而基本上平滑，而如果反射體服務(wù)于光束轉(zhuǎn)向、光束成形、重定向熱輻射、集中光用于照射等的“非成像光學(xué)器件”目的，則更粗糙表面可以足夠了。反射體的幾何形狀通過(guò)變化施加在疊層的各電極之間的電壓而可調(diào)，這意味著這樣的反射體在功能上等效于若干固定反射體。具體而言，可以調(diào)整反射表面的角度，從而可以控制反射的射線的幾何形狀——具體為它們的傳播方向。借助具有不均勻厚度的鈍性層(例如形成凸形頂表面，比如球形或者拋物形表面)，這ー種類的可調(diào)反射體可以已經(jīng)在它們的松弛狀態(tài)中具有彎曲形狀?？梢酝ㄟ^(guò)涂覆(比如通過(guò)氣相沉積)，通過(guò)直接染色鈍性層(比如通過(guò)混合反射粒子)或者通過(guò)將反射材料片固著到鈍性層上來(lái)提供反射外表面。反射材料片在適用時(shí)優(yōu)選為聚合物。它可以是金屬化聚酯膜，比如金屬化聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酷。具體而言，可以使用招涂覆的Mylar 或者Steinerf ilm 。適當(dāng)?shù)?設(shè)置于鈍性層頂部上面的反射層對(duì)鈍性層的機(jī)械性質(zhì)具有有限影響。例如反射層順應(yīng)于彎曲以免約束翹曲模式行為。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)反射體被布置于在致動(dòng)器的鈍性層中提供的紋理化圖案上，從而實(shí)現(xiàn)紋理化反射體。通過(guò)致動(dòng)器的致動(dòng)，可以改變反射體的幾何形狀并且因而改變紋理化圖案的幾何形狀。另外，電極結(jié)構(gòu)的幾何形狀可以允許反射體在非致動(dòng)的平滑形狀與致動(dòng)的紋理化形狀之間切換。例如，格柵形電極結(jié)構(gòu)可以在反射體上產(chǎn)生方形凹痕陣列。透明和可能折射的致動(dòng)器形成又一組實(shí)施例，其中致動(dòng)器包括容許預(yù)定波長(zhǎng)范圍的至少ー個(gè)透明部分。致動(dòng)器可以完全透明或者可以具有專用透明區(qū)域。通過(guò)致動(dòng)器的致動(dòng)，鈍性層變形以獲得修改的光學(xué)性質(zhì)，這些光學(xué)性質(zhì)包括衰減、反射區(qū)域的基點(diǎn)(cardinal point)位置、反射區(qū)域的焦距、極化和散射。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍性層包括折射圖案或者結(jié)構(gòu)。折射圖案可以是在鈍性層中直接執(zhí)行的三維圖案。它也可以是在鈍性層頂部上面附著的三維折射體，折射體可能具有與鈍性層的折射率不同的折射率。具體而言，折射體可以是透鏡、比如球面透鏡或者菲涅爾型透鏡。當(dāng)使用先前提到的材料之ー時(shí)，鈍性層的適當(dāng)厚度可以落在從10 11111到5 111111的范圍中并且優(yōu)選地未超過(guò)1mm。注意本發(fā)明涉及權(quán)利要求中記載的特征的所有可能組合。


現(xiàn)在將參照示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖更具體描述本發(fā)明的這ー和其它方面，在附圖上:
圖1和2示出具有用于以伸展模式進(jìn)行移動(dòng)的鈍性層的可用致動(dòng)器；
圖3示出具有用于以翹曲模式移動(dòng)的鈍性層和受約束的切向可擴(kuò)展性的部分的可用致動(dòng)器； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的致動(dòng)器，其中提供用于以翹曲模式移動(dòng)的增強(qiáng)層； 圖5示出根據(jù)本發(fā)明另ー實(shí)施例的致動(dòng)器，其中反射頂層由中間層粘接到鈍性層；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的致動(dòng)器，其中反射頂層設(shè)置于鈍性層上；并且 圖7示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的具有可變光學(xué)性質(zhì)的反射致動(dòng)器。應(yīng)當(dāng)指出，附圖一般未按比例繪制。除非另有明示，附圖上的向上和向下方向未必與重力場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式圖4是根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施例的致動(dòng)器的橫截面圖。在具有前章節(jié)中討論的特性的電活性聚合物(EAP)層402的每側(cè)上，設(shè)置用于越過(guò)EAP層402施加電場(chǎng)的第一電極格柵410和第二電極格柵411。適當(dāng)電極材料包括炭黑、單壁或者雙壁碳納米管、石墨和軟金屬。在其中需要透明性的應(yīng)用中，例如光學(xué)器件中，電極可以由石墨、聚苯胺(PANI)或者聚(3，4-亞こニ氧基噻吩)(PEDOT)制成。電極410、411和EAP層402可以視為形成致動(dòng)器芯。致動(dòng)器還包括固著到第一電極格柵410尤其以便被致動(dòng)器芯的頂側(cè)施加的剪切力所作用的鈍性層401。致動(dòng)器被示出處在致動(dòng)狀態(tài)中，在該狀態(tài)中，非零電場(chǎng)引起EAP層402變形成減少的厚度并且通過(guò)不可壓縮性變形成更大表面積。致動(dòng)器然后松弛成附圖上所示形狀，其中表面積增加的部分被邊界區(qū)域的從EAP層402的平面的向外延伸所吸收。沿著活性區(qū)域的邊界區(qū)域的相對(duì)銳利的拐角是明顯的(如由電極格柵的位置所定義的那樣)，這些拐角在鈍性層402的頂表面上產(chǎn)生浮雕圖案。圖5是根據(jù)本發(fā)明的致動(dòng)器的又ー實(shí)施例的截面圖。EAP層502配有設(shè)置于每側(cè)上并且連接到功率單元510的可尋址電極結(jié)構(gòu)501和503。電極結(jié)構(gòu)501和503可以由舌形元件(未示出)形成，這些舌形元件由相應(yīng)開(kāi)關(guān)511和513可分離地連接到電壓源512的任一極。在實(shí)際境況中，可以向電極施加處于150V到4000V的范圍中的電壓?？梢杂么怪倍ㄏ虿贾孟鄳?yīng)電極501和503的舌形元件，從而可以通過(guò)將開(kāi)關(guān)511和513設(shè)置于對(duì)應(yīng)位置來(lái)向任何兩個(gè)舌形物(的突出部分)相交的區(qū)域加電。圖5中所示致動(dòng)器還包括鈍性層504、粘接層505和反射涂層506，從而頂表面507可以用作具有可調(diào)形狀的反射體。圖6是具有與圖5的致動(dòng)器共同的若干特征的致動(dòng)器的截面圖。ー個(gè)不同在干，反射表面606由固著到鈍性層604上的反射膜605形成。優(yōu)選地在不同過(guò)程中預(yù)制的膜是薄的順應(yīng)性聚合物箔。該箔被金屬涂覆或者包含反射粒子。厚度可以例如是1.5 iim。如已經(jīng)提到的那樣，在提交本申請(qǐng)的日期，在商標(biāo)Mylar 或者Steinerfilm 名下銷售的箔可以用于這一目的。應(yīng)當(dāng)注意，這兩種箔良好地粘接到Silastic 而未用專用粘接劑。另外,在另ー實(shí)施例中，這些種類的箔可以直接附著到EAP層602從而也觸發(fā)翹曲模式。最后，可以將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為由透明層構(gòu)成的致動(dòng)器。圖7是適合于光學(xué)應(yīng)用的折射致動(dòng)器的截面圖。為了這一效果，EAP層702由非預(yù)伸展的Dow Corning NusiI 2186膜構(gòu)成。電極701和703由在EAP層702上涂抹的PED0T:PSS (聚(3，4-亞こニ氧基噻吩)聚對(duì)苯こ烯磺酸酷)制成，其中潤(rùn)濕可以由適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣﹣?lái)支持。模塊式菲涅爾型透鏡結(jié)構(gòu)704通過(guò)在適當(dāng)模具上滴鑄(drop casting) Dow Corning Nusil 2186來(lái)單獨(dú)制成，然后固著到致動(dòng)器的其余部分。可以通過(guò)在致動(dòng)器的部分之上施加電壓從而使它尤其在活性與鈍性區(qū)域之間的(邊界)區(qū)域中局部變形來(lái)變化透鏡結(jié)構(gòu)704的幾何形狀。
本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到本發(fā)明決不限于上文描述的優(yōu)選實(shí)施例。相反，許多修改和變化在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)是可能的。例如在本申請(qǐng)中公開(kāi)的實(shí)施例可以通過(guò)替換材料或者添加更多層來(lái)變化，并且然而可以在被加電時(shí)表現(xiàn)如同翹曲模式的特性。實(shí)例
通過(guò)涉及圖5中所示類型的致動(dòng)器的實(shí)例來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明而不限于此。首先，例如使用將新混合的成分刮涂到防粘合板上(比如Teflon 板上)來(lái)制作80 iim厚的Nusil CF 2186膜。在60°C固化這ー層持續(xù)ー小時(shí)，該層將形成疊層的EAP層。接著通過(guò)經(jīng)過(guò)圖案化篩網(wǎng)在/ -庚燒中絲網(wǎng)印刷炭黑(例如Monarch 1000)來(lái)在Nusil 層的頂部上面制成可伸展電極。隨后，在EAP層和電極上鑄造或者刮涂更厚、更軟的聚合物(例如Silastic )。在聚合(在空氣中，對(duì)于Silastic 而言)之后，這形成鈍性層，該鈍性層充當(dāng)具有比致動(dòng)層更低的彈性模量的紋理增強(qiáng)層:Silastic 具有約0.3MPa的模量，而Nusil 具有約IMPa的模量。針對(duì)觸覺(jué)應(yīng)用，這ー層的厚度優(yōu)選地是100 u m到5mm。針對(duì)光學(xué)應(yīng)用，當(dāng)更大程度的順應(yīng)性可能有利時(shí)，在0.1ym與Imm之間選擇它。最后，為了生成反射表面，實(shí)現(xiàn)鉻(15nm)、然后是鋁(160nm)的氣相沉積。鉻層用于充當(dāng)在軟鈍性層與反射性鋁之間的粘接層。這ー方法制作的致動(dòng)器在翹曲模式中表現(xiàn)，這被認(rèn)為是由疊層的不對(duì)稱所引起的。在活性區(qū)域中，當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，致動(dòng)器的表面將在致動(dòng)器的頂表面以下翹曲達(dá)200(如例如由非活性區(qū)域定義的那樣)。致動(dòng)發(fā)生于定義好的區(qū)域中。觀測(cè)到致動(dòng)器對(duì)施加的電場(chǎng)迅速做出響應(yīng):有可能每秒執(zhí)行1000個(gè)工作周期?？梢躁P(guān)于以下各項(xiàng)變化上例:
-EAP層的厚度:為了限制必要驅(qū)動(dòng)電壓，在200 u m以下的厚度も一般可優(yōu)選；它也可以是基本上等于或者小于80 ii m的dp或者基本上等于或者小于40 y m的dp ;
-EAP材料的選擇:備選材 料是丙烯酸樹(shù)脂(比如3M VHB 4905或者4910)、聚氨基甲酸酯、聚氯こ烯和若干娃酮橡膠(比如Wacker Elastosil RT625、Dow Corning WL3010、WL5331、HS3、Sylgard 186,184)；
-電極的形成:備選方法包括涂敷粘附到適當(dāng)圖案化的聚ニ甲基硅氧烷印章的‘干’炭黑粒子或者使用金屬(和可能為粒子植入的)材料以生成各種可伸展幾何形狀(比如平坦、皺狀、圖案化或者穿孔)的電極系統(tǒng)；以及
-反射材料的選擇:作為鋁的取代，貴金屬可以用作反射金屬，并且鉻可以被替換為具有相似弾性和/或粘合性質(zhì)的金屬層。
權(quán)利要求
1.一種致動(dòng)器，包括: -電活性聚合物層(402 ;502 ;602 ;702)， -可伸展電極結(jié)構(gòu)(410，411 ；501,503 ;601，603 ;701，703)，其設(shè)置于所述電活性聚合物層(402 ；502 ；602 ；702)的每側(cè)上，以及 -鈍性層(401 ；504 ;604，704)，固著到所述可伸展電極結(jié)構(gòu)(410，411 ；501,503 ;601，603 ；701,703)之一， 其中所述可伸展電極結(jié)構(gòu)(410，411 ；501,503 ;601，603 ；701,703)具有小于或者基本上等于所述電活性聚合物層(402 ；502 ；602 ；702)的切向彈性模量Yeap的切向彈性模量的Yel,l>Yel,2^5.其中通過(guò)所述致動(dòng)器的夾帶可使所述鈍性層(401 ；504 ；604,704)彈性地變形，并且所述鈍性層(401 ；504 ;604，704)在所有切向方向上具有機(jī)械均勻性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述鈍性層(401；504 ;604，704)直接固著到這些可伸展電極結(jié)構(gòu)(410，411 ；501,503 ;601，603 ；701,703)之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述鈍性層(401;504;604，704)的厚度(11)大于或者基本上等于所述電活性聚合物層(402 ；502 ；602 ；702)的厚度dEAP。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述鈍性層(401；504 ;604，704)的切向彈性模量Yp與所述電活性聚合物層(402 ；502 ；602 ；702)的切向彈性模量Yeap之比YP/YEAP至多為1.1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述鈍性層(401；504；604,704)具有至多0.5MPa的切向彈性模量Yp。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述電活性聚合物層(402；502 ；602 ;702)包括從丙烯酸樹(shù)脂、聚[苯乙烯_b-(乙烯-共聚-丁烯)-b-苯乙烯]、聚氨基甲酸酯、聚氯乙烯和硅酮構(gòu)成的組中選擇的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述鈍性層(401；504 ;604，704)具有光學(xué)反射外表面(507 ;606)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的致動(dòng)器，其中所述光學(xué)反射外表面(507;606)布置于在所述鈍性層(401 ；504 ；604,704)中施加的紋理化圖案上，所述紋理化圖案的至少一個(gè)幾何性質(zhì)通過(guò)所述鈍性層(401 ；504 ；604,704)的變形而可變。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的致動(dòng)器，其中所述光學(xué)反射外表面(507；606)由固著到所述鈍性層(401 ；504 ；604,704)的至少一個(gè)金屬化聚合物膜(606)形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，包括光學(xué)透明部分，其中所述鈍性層(401；504；604,704)的至少一個(gè)光學(xué)性質(zhì)通過(guò)所述鈍性層(401 ；504 ；604,704)的變形而可變。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的致動(dòng)器，其中所述至少一個(gè)光學(xué)性質(zhì)是衰減、基點(diǎn)位置、焦距、極化和散射之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的致動(dòng)器，其中所述鈍性層(401；504 ;604，704)包括由非透明部分界定的光學(xué)透明部分、由此定義可變光學(xué)變跡器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的致動(dòng)器，其中所述鈍性層(401；504 ;604，704)包括光學(xué)折射圖案(704)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7或者10所述的致動(dòng)器，其中所述鈍性層(401;504;604，704)的厚度dp在10 “111與5_之間。
15.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器的方法，包括以下步驟: -定義將所述致動(dòng)器劃分成子疊層的劃分； -提供所述子疊層，所述子疊層中的至少一個(gè)子疊層包括固化的聚合物；并且 -將所述子疊層接合在一起以形`成所述致動(dòng)器。
全文摘要
一種致動(dòng)器，其包括電活性聚合物層(402)和在電活性聚合物層(402)的每側(cè)上設(shè)置的可伸展電極結(jié)構(gòu)(410，411)。更軟的鈍性層(401)固著到可伸展電極結(jié)構(gòu)(410，411)之一。當(dāng)被可伸展電極結(jié)構(gòu)(410，411)橫向壓縮時(shí)，電活性聚合物層(402)將切向地?cái)U(kuò)展，并且致動(dòng)器將松弛成如下形狀，其中電極區(qū)域的內(nèi)部與器件的平面基本上平行，而區(qū)域增加的大部分被在電極邊界處出現(xiàn)的平面外彎曲所吸收(翹曲模式)?？梢詫⒈景l(fā)明實(shí)現(xiàn)為具有可變幾何形狀的光學(xué)反射或者折射器件。
文檔編號(hào)G02B26/08GK103119741SQ201180043479
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者D.布羅克肯, F.M.H.克羅姆沃伊特斯, H.德康寧, W.M.馬塔姆, F.J.沃斯森, C.T.H.F.里伊登鮑姆 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司