專利名稱：電致動(dòng)結(jié)構(gòu)及電致動(dòng)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致動(dòng)結(jié)構(gòu)及電致動(dòng)元件，尤其涉及一種含有碳納米管的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)及電致動(dòng)元件。
背景技術(shù)：
致動(dòng)器的工作原理為將其它能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換經(jīng)常采用的途徑有 三種通過(guò)靜電場(chǎng)轉(zhuǎn)化為靜電力，即靜電驅(qū)動(dòng)；通過(guò)電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為磁力，即磁驅(qū)動(dòng)；利用材 料的熱膨脹或其它熱特性實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，即熱驅(qū)動(dòng)。靜電驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器一般包括兩個(gè)電極及設(shè)置在兩個(gè)電極之間的電致動(dòng)元件，其工 作過(guò)程為在兩個(gè)電極上分別注入電荷，利用電荷間的相互吸引和排斥，通過(guò)控制電荷數(shù)量 和電負(fù)性來(lái)控制電極間電致動(dòng)元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但是由于靜電力反比于電容板之間距離 的平方，因此一般只有在電極間距很小時(shí)靜電力才比較顯著，該距離的要求使該致動(dòng)器的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。磁驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器一般包括兩個(gè)磁極及設(shè)置在兩個(gè)磁極之間的電致動(dòng) 元件，其工作是通過(guò)磁場(chǎng)的相互吸引和排斥作用使兩磁極之間的電致動(dòng)元件產(chǎn)生相對(duì)的運(yùn) 動(dòng)，但是磁驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)和靜電驅(qū)動(dòng)相同，即由于磁場(chǎng)作用范圍有限，導(dǎo)致電致動(dòng)元件的上下 兩個(gè)表面必須保持較小的距離，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格且也限制了該致動(dòng)器的應(yīng)用范圍。碳納米管紙或含有碳納米管的復(fù)合材料等已被發(fā)現(xiàn)可用來(lái)制備電致伸縮復(fù)合材 料?，F(xiàn)有技術(shù)提供一種含有碳納米管的納米柔性電熱材料。所述納米柔性電熱材料包括柔 性高分子基底材料及分散在柔性高分子基底材料中的碳納米管。納米柔性電熱材料可以導(dǎo) 電，通電以后可發(fā)熱，發(fā)熱后，所述的納米柔性電熱材料體積發(fā)生膨脹。然而，電壓通過(guò)該 納米柔性電熱材料的兩端加入該納米柔性電熱材料，由于該納米柔性電熱材料在伸縮的同 時(shí)，沿伸縮方向上的兩端都必須連接有電極，使得該納米柔性電熱材料難以實(shí)現(xiàn)器件化，不 利于該納米柔性電熱材料的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種有利于器件化的含碳納米管的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)及電致動(dòng)元件。一種電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有一第一端，以及與該第一端相對(duì)設(shè)置的第二端。該電致動(dòng)結(jié) 構(gòu)包括至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端和第 二端之間延伸且所述延伸部分相互電絕緣，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一 端處電連接，在第二端處分開(kāi)設(shè)置。一種電致動(dòng)元件包括一電致動(dòng)結(jié)構(gòu)以及至少兩個(gè)電極。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)具有一第一 端，以及與該第一端相對(duì)設(shè)置的第二端。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層，該至少 兩個(gè)電致動(dòng)材料層在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端和第二端之間延伸且所述延伸部分相互電 絕緣，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端處電連接，在第二端處分開(kāi)設(shè)置。所 述至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置于所述第一端，且一個(gè)電極對(duì)應(yīng)一個(gè)電致動(dòng)材料層設(shè)置。參考權(quán)利要求修改與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)及采用該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的電致動(dòng)元件，使用時(shí)，電極全部可以設(shè)置在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)或電致動(dòng)元件的同一端，而且電流通過(guò)所述至 少兩個(gè)電致動(dòng)材料層形成由第二端流經(jīng)第一端再流到第二端的電流，從而所述至少兩個(gè)電 致動(dòng)材料層均勻發(fā)熱而膨脹，使得該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)將發(fā)生形變。由于所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)及采用 該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的電致動(dòng)元件中，電極均設(shè)置于第一端，因此，可以在該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)或電致動(dòng) 元件的同一端控制其形變，從而有利于該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)或電致動(dòng)元件的實(shí)際應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)沿II-II線的剖視圖。圖3為圖1所示的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)形變與電壓的關(guān)系曲線圖。圖4為圖1所示的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)在連續(xù)測(cè)量10次循環(huán)的最大形變量值。圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例中的電連接部為導(dǎo)電薄膜時(shí)的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖7為本發(fā)明本發(fā)明第三實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明本發(fā)明第三實(shí)施例的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)沿VIII-VIII線的剖視圖。圖9為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為圖9所示的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)沿X-X線的剖視圖。圖11為本發(fā)明第五實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為本發(fā)明第六實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為圖12沿XIII-XIII線的剖視圖。圖14為本發(fā)明第七實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖15為本發(fā)明提供的電致動(dòng)元件的示意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10，20，30，40，50，60，70電致動(dòng)材料層12，52第一端13，43，53，63電連接部15，45，55，65絕緣層16，26，44第二端17，47，57，67第一電致動(dòng)材料層42第二電致動(dòng)材料層46圓柱體空間48絕緣柱56第二材料層72電致動(dòng)元件100電極102碳納米管122
柔性高分子基體124導(dǎo)電材料層605
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)為立體結(jié)構(gòu)，比如平板狀體、柱狀體、 橢圓球體或者錐形體，也可以為彎曲狀體等。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)具有一第一端以及與該第一端 相對(duì)設(shè)置的一第二端。所謂第一端以及第二端的選擇是根據(jù)實(shí)際情況定的，比如平板狀體 時(shí)可以根據(jù)需要取任意兩個(gè)相對(duì)的兩端；如果柱狀體或者橢圓球體等，那么可以取長(zhǎng)軸方 向上的相對(duì)兩端；如果是彎曲狀體，可以取自延伸方向相對(duì)的兩端。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)包括至少 兩個(gè)電致動(dòng)材料層，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端和第二端之間延伸， 該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在第一端和第二端之間延伸部分相互電絕緣。該至少兩個(gè)電致動(dòng) 材料層可以平行，也可以不平行，比如平板狀體或柱狀體時(shí)平行，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層 可以平行；橢圓球體、錐形體或者彎曲狀體時(shí)，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層可以不平行。該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端或第二端中的任意一端處相連 接，在另一端處不相連。在該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層之間可以設(shè)置絕緣層，該絕緣層的作用 是該絕緣層也可以是平板狀，也可以是圓柱狀，其形狀視所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的形狀而定。絕緣 層只要能使得所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在第一端和第二端之間延伸部分相互電絕緣即 可。當(dāng)然，所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層之間也可以直接通過(guò)空氣間隔，使得所述至少兩個(gè)電 致動(dòng)材料層在第一端和第二端之間延伸部分相互間隔地電絕緣。所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層為一種電致動(dòng)的伸縮材料構(gòu)成，即只要給該電致動(dòng)材 料層通電，該電致動(dòng)材料層就會(huì)發(fā)熱膨脹，只要是能夠通電膨脹的材料，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明。所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端或第二端任意一端處相連接是指電 連接，可以通過(guò)一體形成的方式相連，也可以借第三導(dǎo)電結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)電相連。以下實(shí)施例中 的電致動(dòng)材料，至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)是在第一端處電連接，當(dāng)通過(guò)電致動(dòng) 結(jié)構(gòu)的第二端提供電流時(shí)，所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層將熱膨脹，由于兩個(gè)電致動(dòng)材料層 的材料相同或者熱膨脹系數(shù)相同或相近，因此電致動(dòng)結(jié)構(gòu)將在由發(fā)生形變，由于本發(fā)明提 供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)可以將電極均設(shè)置于電致動(dòng)結(jié)構(gòu)相同的一端，從而更加有利于該電致動(dòng)結(jié) 構(gòu)的器件化，以及實(shí)際應(yīng)用。為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)以及電致動(dòng)元件，下面以具體實(shí)施例予以 說(shuō)明。請(qǐng)參考圖1及圖2，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10 為平面片狀(也可稱為薄板)結(jié)構(gòu)。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10具有一第一端13，以及與該第一端 13相對(duì)的第二端17。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10包括兩個(gè)電致動(dòng)材料層12，一電連接部15，以及一 絕緣層16。所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12平行間隔設(shè)置，并在第一端13與第二端17之間延 伸。所述絕緣層16設(shè)置于所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12之間，所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12在所 述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的第一端13通過(guò)電連接部15電連接。所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12在所述 電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的第二端17通過(guò)所述絕緣層16電絕緣。所述電致動(dòng)材料層12為多個(gè)碳納米管122分散于柔性高分子基體124中形成的 碳納米管復(fù)合材料。所述碳納米管122在所述柔性高分子基體124中均勻分布，碳納米管122互相搭接在柔性高分子基體124中形成大量導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。本實(shí)施例中，所述電致動(dòng)材料層 12為長(zhǎng)方形平面結(jié)構(gòu)，厚度為1毫米。所述柔性高分子基體124可選自硅橡膠彈性體、聚氨脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸 甲酯中的一種及其任意組合。本實(shí)施例中，所述柔性高分子基體124為硅橡膠彈性體構(gòu)成 的硅橡膠薄膜，該硅橡膠薄膜為厚度為1毫米厚的一長(zhǎng) 方形薄片，長(zhǎng)為20毫米，寬為10毫 米。所述碳納米管122在所述電致動(dòng)材料層12的質(zhì)量百分含量為0. 1% 6%。所述 碳納米管122可為單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或其任意組合。 其中，所述單壁碳納米管的直徑為0. 5納米 50納米，雙壁碳納米管的直徑為1. 0納米 50納米，多壁碳納米管的直徑為1. 5納米 50納米。所述碳納米管122的長(zhǎng)度不限。優(yōu)選 地，所述碳納米管122的長(zhǎng)度為50 900微米。所述多個(gè)碳納米管122互相搭接在柔性高 分子基體124中形成大量導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。由于碳納米管122具有良好的電熱轉(zhuǎn)換效率，且于柔 性高分子基體124中多次彎折而不易斷裂。所以當(dāng)施加一電壓后，該導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以迅速發(fā) 熱，對(duì)柔性高分子基體124進(jìn)行加熱，從而使所述電致動(dòng)材料層12可以迅速膨脹，可以較快 的伸縮，使得該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10具有較快的響應(yīng)速度。所述絕緣層16為具有柔性的高分子材料構(gòu)成，可以起到電絕緣的作用。所述絕緣 層16的厚度小于所述電致動(dòng)材料層12的厚度，由于絕緣層16的厚度小于所述第一電致動(dòng) 材料層的厚度，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在伸縮時(shí)絕緣層16具有較小的阻力，使該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10 具有較好的響應(yīng)速度。構(gòu)成所述絕緣層16的材料可選自硅橡膠彈性體、聚氨脂、環(huán)氧樹(shù)脂、 聚甲基丙烯酸甲酯中的一種及其任意組合。本實(shí)施例中，所述絕緣層16硅橡膠彈性體構(gòu)成 的硅橡膠薄膜，厚度為0. 5毫米，長(zhǎng)度為18毫米，寬度為10毫米。所述絕緣層16還可以為空氣，當(dāng)該絕緣層16為空氣時(shí)，所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12 之間通過(guò)所述絕緣層16形成一個(gè)絕緣的空間。由于該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的絕緣層16為一個(gè) 空間，使得該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在伸縮時(shí)絕緣層16具有較小的阻力，使該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10具有 較好的響應(yīng)速度，以及較大的形變量。所述電連接部15為片狀結(jié)構(gòu)，其設(shè)置于所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的第一端13，并與所述 兩個(gè)電致動(dòng)材料層12電連接。該電連接部15的材料與所述電致動(dòng)材料層12相同，均由均 勻分布在柔性高分子基體124中的多個(gè)碳納米管122組成，該多個(gè)碳納米管122相互搭接 并形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。該電連接部15與兩個(gè)電致動(dòng)材料層12形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，并且所述多 個(gè)碳納米管122在所述電連接部15與兩個(gè)電致動(dòng)材料層12連接形成的整體結(jié)構(gòu)中相互搭 接形成一個(gè)完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。本實(shí)施例中，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10長(zhǎng)度為20毫米，寬度為10毫米，厚為2. 5毫米。絕 緣層16的厚度為0. 5毫米，所述電致動(dòng)材料層12的厚度為1毫米。對(duì)該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10進(jìn) 行伸縮特性測(cè)量，請(qǐng)參見(jiàn)圖3，對(duì)該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10施加幾十伏特的電壓，即可以獲得較大的 形變，當(dāng)電壓為75伏特時(shí)，形變量可達(dá)到0. 5毫米，應(yīng)變可大于3%。圖4給出了連續(xù)測(cè)量 10次循環(huán)樣品獲得的最大形變值。從圖4可以看出，樣品的形變量基本為一水平直線，從而 說(shuō)明該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10具有較好的可重復(fù)性。本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在使用時(shí)，在該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的第二端 17的兩個(gè)電致動(dòng)材料層12分別接入電源的兩個(gè)電極，電流將在兩個(gè)電致動(dòng)材料層12，以及電連接部15形成的整體結(jié)構(gòu)中的多個(gè)碳納米管122相互搭接形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中傳輸。由 于碳納米管122的熱導(dǎo)率很高，從而使得所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的溫度快速升高，所述多個(gè)碳 納米管122可迅速加熱柔性高分子基體124，熱量從所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10中碳納米管122的 周圍快速地向整個(gè)電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10中擴(kuò)散。由于所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在第一端13向第二端 17的方向長(zhǎng)度較長(zhǎng)，從而該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10將沿第二端17到第一端13的方向膨脹。電流同 過(guò)該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的第二端17輸入，從而可以控制該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的第一端13伸縮，從 而使得該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10更加容易器件化，從而有利于該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在電致伸縮方面的 應(yīng)用?？梢岳斫?，上述平板狀的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在使用時(shí)，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在其長(zhǎng)度較長(zhǎng) 的方向上延伸，如當(dāng)該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10第一端13到第二端17的方向長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，該電致動(dòng) 結(jié)構(gòu)10在第一端13到第二端17的方向上伸縮；如當(dāng)該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在垂直于第一端13 到第二端17的方向的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，該在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10在垂直于第一端13到第二端17的 方向上伸縮。請(qǐng)參見(jiàn)圖5，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一電致動(dòng)結(jié)構(gòu)20，其結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的電 致動(dòng)結(jié)構(gòu)10基本相同，區(qū)別在于絕緣層26的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例中的絕緣層16不同。所述絕緣層26為柔性高分子材料組成的片狀結(jié)構(gòu)，該片狀結(jié)構(gòu)中進(jìn)一步包括多 個(gè)空氣柱162。所述空氣柱162可以為電致動(dòng)結(jié)構(gòu)20的第一端13向第二端17延伸的方 向上延伸，形成一個(gè)長(zhǎng)條狀的空氣柱。由于該絕緣層26包括多個(gè)空氣柱162，使得該絕緣 層26與所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12之間的接觸面積較小，絕緣層16具有較小的阻力，從而 使得該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)20在伸縮時(shí)具有較快的響應(yīng)速度，較大的伸縮率。另外，請(qǐng)參閱圖6，實(shí)施例二中的電連接部15還可以為一導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層設(shè)置在 所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的第一端13，覆蓋所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的第一端13的側(cè)面的兩個(gè)間隔設(shè) 置的電致動(dòng)材料層12。從而該兩個(gè)電致動(dòng)材料層12可以通過(guò)該電連接部15在所述第一 端13電連接。該導(dǎo)電層可以為金屬材料，如金、鉬、鈀、銀、銅、鐵、鎳等導(dǎo)電性較好的金屬， 可以通過(guò)沉積的方法將一金屬材料沉積在所述電連接部15，形成一定厚度的金屬薄膜。該 導(dǎo)電增強(qiáng)層也可以為導(dǎo)電膠，如銀膠，通過(guò)印刷的方法形成。請(qǐng)參見(jiàn)圖7及圖8，本發(fā)明第三實(shí)施例提供一電致動(dòng)結(jié)構(gòu)30，其具有一個(gè)第一端 13，以及與該第一端13相對(duì)的第二端17。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)30的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的電致動(dòng) 結(jié)構(gòu)10基本相同，區(qū)別在于該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)30包括多個(gè)電致動(dòng)材料層12以及多個(gè)絕緣層 16。本實(shí)施例中，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)30包括4個(gè)電致動(dòng)材料層12，以及3個(gè)絕緣層16。所述多個(gè)電致動(dòng)材料層12相互平行間隔設(shè)置，每?jī)蓚€(gè)相鄰的電致動(dòng)材料層12之 間設(shè)置有一個(gè)絕緣層16。該多個(gè)電致動(dòng)材料層12，在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)30的第一端13通過(guò)電連 接部15電連接；該多個(gè)電致動(dòng)材料層12在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)30的第二端17通過(guò)所述多個(gè)絕緣 層16電絕緣。使用時(shí)，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)30的第二端17的多個(gè)電致動(dòng)材料層12與電源的正 極和負(fù)極交替電連接從而可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)電致動(dòng)材料層12并聯(lián)，從而可以降低驅(qū)動(dòng)電壓?？梢岳斫?，為了增加所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)30的響應(yīng)速度，本實(shí)施例中的絕緣層16的結(jié) 構(gòu)可以與本發(fā)明第二實(shí)施例中的絕緣層26完全相同。請(qǐng)參閱圖9和圖10，本發(fā)明第四實(shí)施例進(jìn)一步提供一具有圓柱體形狀立體結(jié)構(gòu)的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)40。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)40具有一第一端43，以及與該第一端43相對(duì)的第二端47。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)40包括一個(gè)第一電致動(dòng)材料層42，以及一個(gè)第二電致動(dòng)材料層46，以及一絕 緣層44。該第一電致動(dòng)材料層42，絕緣層44，以及第二電致動(dòng)材料層46同軸設(shè)置，并由該 圓柱體立體結(jié)構(gòu)的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)40的圓軸向外依次設(shè)置。第一電致動(dòng)材料層42，以及一個(gè)第 二電致動(dòng)材料層46，以及一絕緣層44由所述第一端43向所述第二端47方向延伸。所述第 一電致動(dòng)材料層42與所述第二電致動(dòng)材料層46在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)40的第一端43通過(guò)電 連接部45電連接。所述第一電致動(dòng)材料層42與所述第二電致動(dòng)材料層46在所述電致動(dòng) 結(jié)構(gòu)40的第二端47通過(guò)所述絕緣層44電絕緣。所述第一電致動(dòng)材料層42內(nèi)部圍成一個(gè) 圓柱體空間48。 本實(shí)施例的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)40的第一電致動(dòng)材料層42以及第二電致動(dòng)材料層46與 本發(fā)明第一實(shí)施例的電致動(dòng)材料層12的組成相同，均是由多個(gè)碳納米管122分散與柔性高 分子基體124中組成。所述電連接部45與第一實(shí)施例中的電連接部15的材料相同，所述 絕緣層44與所述絕緣層16的材料相同。請(qǐng)參見(jiàn)圖11，本發(fā)明第五實(shí)施例提供一種圓筒狀的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)50，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu) 50具有一第一端53，以及與該第一端53相對(duì)的第二端57。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)50包括至少兩個(gè) 間隔設(shè)置的電致動(dòng)材料層52以及一電連接部55，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層52在電致動(dòng)結(jié) 構(gòu)50的第一端53處通過(guò)電連接部55相連，在第一端53向第二端57延伸的部分分開(kāi)。本 實(shí)施例包括4個(gè)電致動(dòng)材料層52相互間隔設(shè)置，該電致動(dòng)材料層52與所述電連接部55的 材料與第一實(shí)施例中的電致動(dòng)材料層52與所述電連接部15完全相同。所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)50還可以進(jìn)一步包括一絕緣柱56，所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層 52相對(duì)該絕緣柱56對(duì)稱設(shè)置，環(huán)繞設(shè)置于該絕緣柱56的外側(cè)。本實(shí)施例中，該絕緣柱56 的材料與第一實(shí)施例中的絕緣層16完全相同。請(qǐng)參見(jiàn)圖12及圖13，本發(fā)明第六實(shí)施例提供一電致動(dòng)結(jié)構(gòu)60，其具有一個(gè)第一端 63，以及與該第一端63相對(duì)的第二端67。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)60包括兩個(gè)電致動(dòng)材料層12以及 一電連接部65，其結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例相似，區(qū)別在于本實(shí)施例中的電連接部65與第一實(shí)施 例中的電連接部15不同。所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)60的第一端通過(guò)所述電連接部65 電連接。所述電連接部65包括偶數(shù)個(gè)導(dǎo)電材料層605相互絕緣設(shè)置于電致動(dòng)結(jié)構(gòu)60。所 述偶數(shù)個(gè)導(dǎo)電材料層605在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)60的第一端63或第二端67電連接，形成一連 續(xù)的導(dǎo)電通路，使得所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)60的第一端63電連接。 本實(shí)施例中，所述電連接部65包括兩個(gè)導(dǎo)電材料層605，該導(dǎo)電材料層605的結(jié)構(gòu)材料與所 述電致動(dòng)材料層12完全相同，并且在第二端67相互連接，在所述第一端63分別于所述兩 個(gè)電致動(dòng)材料層12電連接。本實(shí)施例中，所述電連接部65為一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，該完整結(jié)構(gòu) 與所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12共同構(gòu)成一個(gè)完整的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，多個(gè)碳納米管在該完整的導(dǎo) 電結(jié)構(gòu)中形成一個(gè)完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明第七實(shí)施例提供一可彎曲的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70，該可彎曲的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70是 在本發(fā)明第一至第五實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10，20，30，60的基礎(chǔ)上，增加一第二材料層 72覆蓋于所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10，20，30，60之上獲得。請(qǐng)參閱圖14，以第一實(shí)施例中的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10為例，所述可彎曲的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70 包括第二材料層72覆蓋于所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的表面，并與所述電致動(dòng)材料層12相互平行。所述第二材料層72的熱膨脹系數(shù)不同于電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10，該第二材料層72至少包 括一第二聚合物基體，該第二聚合物基體的材料為柔性材料，包括硅橡膠、聚甲基丙烯酸甲 酯、聚氨脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚苯 胺、聚吡咯及聚噻吩等中的一種或幾種的組合。該第二材料層72可僅包括一第二聚合物基 體，因電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10中的碳納米管122對(duì)電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10的熱膨脹系數(shù)影響較小，所以此時(shí) 該第二聚合物基體的材料需不同于電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10中的柔性高分子基體124的材料且二者 的熱膨脹系數(shù)不同。本實(shí)施例中，所述第二聚合物基體為聚甲基丙烯酸甲酯。
所述可彎曲的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70在應(yīng)用時(shí)，將電壓施加于電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70的電致動(dòng)材 料層12的第二端17，電流可通過(guò)上述碳納米管122所形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。由于碳 納米管122的熱導(dǎo)率很高，從而使得所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70的溫度快速升高，熱量從所述可彎 曲的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70中碳納米管122的周圍快速地向整個(gè)可彎曲的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70擴(kuò)散，即 電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10可迅速加熱第二材料層72。由于熱膨脹量與材料的體積及熱膨脹系數(shù)成正 比，且本實(shí)施例的可彎曲的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70由兩層具有不同熱膨脹系數(shù)的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10和 第二材料層72復(fù)合而成，從而使得加熱后的可彎曲的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)70將向熱膨脹系數(shù)小的 材料層彎曲。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一采用本發(fā)明提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的電致動(dòng)元件100。該 電致動(dòng)元件100可以為在本發(fā)明任意實(shí)施例提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)10，20，30，40，50，60，70的 基礎(chǔ)上增加對(duì)應(yīng)的電極獲得。請(qǐng)參閱圖15，所述電致動(dòng)元件100為平面片狀結(jié)構(gòu)，具有一第一端13，以及與該第 一端13相對(duì)的第二端17。該電致動(dòng)元件100包括兩個(gè)電致動(dòng)材料層12，一電連接部15，以 及一絕緣層16，以及兩個(gè)電極。所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12平行間隔設(shè)置。所述絕緣層16 設(shè)置于所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12之間，所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12在所述電致動(dòng)元件100 的第一端13通過(guò)電連接部15電連接。所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12在所述電致動(dòng)元件100的 第二端17通過(guò)所述絕緣層16電絕緣。所述兩個(gè)電極102間隔設(shè)置在所述電致動(dòng)元件100 的第二端17，并相互電絕緣，還分別與所述兩個(gè)電致動(dòng)材料層12電連接。所述電極102為長(zhǎng)條形金屬。本實(shí)施例中，所述電極102為銅片?？梢岳斫?，當(dāng)該 電致動(dòng)元件100包括多個(gè)電致動(dòng)材料層12時(shí)，該電致動(dòng)元件100包括多個(gè)電極102，每個(gè)一 個(gè)電極102對(duì)應(yīng)于一個(gè)電致動(dòng)材料層12。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)及采用該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的電致動(dòng)元 件，其包括一第一端以及一第二端，至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層與間隔設(shè)置，所述至少兩個(gè)電致 動(dòng)材料層在所述電致動(dòng)材料的第一端通過(guò)電連接部電連接，在所述電致動(dòng)材料的第二端通 過(guò)所述絕緣層電絕緣。因此可以在所述電致動(dòng)材料的第二端，通過(guò)所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材 料層輸入電流給該電致動(dòng)材料。由于電流通過(guò)該材料的第二端輸入，因此可以在該電致動(dòng) 結(jié)構(gòu)或電致動(dòng)元件的同一端控制其伸長(zhǎng)或彎曲，從而有利于電致動(dòng)結(jié)構(gòu)及采用該電致動(dòng)結(jié) 構(gòu)的電致動(dòng)元件在電致動(dòng)器件方面的應(yīng)用。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明 精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有一第一端，以及與該第一端相對(duì)設(shè)置的第二端，其特征在于，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在所述電致動(dòng)材料的第一端和第二端之間延伸且所述延伸部分相互電絕緣，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端處電連接，在第二端處分開(kāi)設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在所述 電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端和第二端之間平行間隔設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，進(jìn)一步包括一電連接部設(shè)置于所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端，所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端通過(guò)電連接 部電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層為多個(gè) 碳納米管分散于柔性高分子基體中形成，該多個(gè)碳納米管相互搭接形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
5.如權(quán)利要求4所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電連接部與所述至少兩個(gè)電致 動(dòng)材料層的材料相同，所述電連接部與所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，所 述多個(gè)碳納米管于所述電連接部，及所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層形成的整體結(jié)構(gòu)中相互互 搭接形成一個(gè)完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
6.如權(quán)利要求5所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電連接部為一導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層 設(shè)置在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端，并覆蓋所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層位于所述第一端的側(cè) 面。
7.如權(quán)利要求4所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柔性高分子基體的材料為硅橡 膠彈性體、聚氨脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種及其任意組合。
8.如權(quán)利要求7所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管在柔性高分子基 體中的質(zhì)量百分含量為1% 6%。
9.如權(quán)利要求1所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，進(jìn)一步包括偶數(shù)個(gè)導(dǎo)電材料層相互 絕緣設(shè)置于所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層之間，所述偶數(shù)個(gè)導(dǎo)電材料層在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的 第一端或第二端電連接，從而形成一連續(xù)的導(dǎo)電通路，該導(dǎo)電通路的兩端與所述至少兩個(gè) 電致動(dòng)材料層在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端電連接。
10.如權(quán)利要求1所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一絕緣層，置于至 少兩個(gè)電致動(dòng)材料層之間，所述至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在所述第二端處通過(guò)該絕緣層電絕 緣。
11.如權(quán)利要求10所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣層中包括多個(gè)空氣柱。
12.如權(quán)利要求10所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣層為空氣，在所述至少兩 個(gè)電致動(dòng)材料層之間形成一個(gè)絕緣的空間。
13.如權(quán)利要求1所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)為平面片狀結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，進(jìn)一步包括一第二材料層設(shè)置于 所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的表面，與所述電致動(dòng)材料層相互平行，該第二材料層的熱膨脹系數(shù)與所 述電致動(dòng)材料層不同。
15.如權(quán)利要求1所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)為圓桶狀結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求15所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，進(jìn)一步包括一絕緣柱，所述至少兩 個(gè)電致動(dòng)材料層環(huán)繞該絕緣柱設(shè)置。
17.—種電致動(dòng)元件，其特征在于，該電致動(dòng)元件包括 如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的電致動(dòng)結(jié)構(gòu) ；以及至少兩個(gè)電極，所述至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第二端，并相互電絕 緣，一個(gè)電極對(duì)應(yīng)與一個(gè)電致動(dòng)材料層電連接。
18.如權(quán)利要求17所述的電致動(dòng)元件，其特征在于，所述電致動(dòng)元件在通過(guò)所述至少 兩個(gè)電極通電或斷電時(shí)，所述電致動(dòng)元件在第一端到第二端的方向伸縮。
19.如權(quán)利要求17所述的電致動(dòng)元件，其特征在于，所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)電極、多 個(gè)電致動(dòng)材料層，該多個(gè)電致動(dòng)材料層交替間隔設(shè)置，每一個(gè)電極與一個(gè)電致動(dòng)材料層電 連接。
全文摘要
一種電致動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有一第一端，以及與該第一端相對(duì)設(shè)置的第二端。該電致動(dòng)結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端和第二端之間延伸且所述延伸部分相互電絕緣，該至少兩個(gè)電致動(dòng)材料層在電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的第一端處電連接，在第二端處分開(kāi)設(shè)置。本發(fā)明還提供采用所述電致動(dòng)結(jié)構(gòu)的電致動(dòng)元件。
文檔編號(hào)H01L41/08GK101840991SQ201010160950
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者劉長(zhǎng)洪, 范守善, 陳魯倬 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司