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一種介電彈性體堆疊驅(qū)動器制作工藝的制作方法

文檔序號:9352509閱讀:298來源:國知局
一種介電彈性體堆疊驅(qū)動器制作工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于介電彈性體驅(qū)動領(lǐng)域,涉及一種將單壁碳納米管作為電極的可復(fù)現(xiàn)的介電彈性體堆疊驅(qū)動器制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來,介電彈性體驅(qū)動器作為一種人工肌肉驅(qū)動器,以其功率密度大、電致伸縮變形量大、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、機(jī)器人、醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前使用的介電彈性體變形材料聚丙烯酸在使用時需要雙向預(yù)拉伸,為了保持拉伸狀態(tài)需要在拉伸方向提供預(yù)緊機(jī)構(gòu),因此普通的聚丙烯酸薄膜無法用于堆疊型的驅(qū)動器研制。在堆疊驅(qū)動器研究方面,瑞士聯(lián)邦材料測試與開發(fā)試驗(yàn)室取得了較好的成果,其堆疊驅(qū)動器使用互慣聚合物網(wǎng)絡(luò)處理后的聚丙烯酸薄膜(簡稱IPN薄膜)作為變形材料,使用沉積碳黑作為電極。驅(qū)動器的輸出力達(dá)到30N,變形率達(dá)到18%,該驅(qū)動器采用碳黑作為電極,利用移印的方式將炭黑電極移印到介電彈性體薄膜上。這樣得到的炭黑電極與其上側(cè)薄膜不易實(shí)現(xiàn)充分貼合,使得驅(qū)動器在工作時容易出現(xiàn)放電現(xiàn)象,導(dǎo)致驅(qū)動器失效,降低了堆疊驅(qū)動器的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種操作簡單,堆疊速度快,堆疊精度高,貼合性和穩(wěn)定性好,制作成本低,驅(qū)動器不容易出現(xiàn)放電現(xiàn)象,使用壽命長的介電彈性體堆疊驅(qū)動器制作工藝。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種介電彈性體堆疊驅(qū)動器制作工藝,其特征是:包括以下步驟:首先在介電彈性體IPN薄膜上噴涂單壁碳納米管溶液;待溶液干燥后,將載有規(guī)律分布有單壁碳納米管沉積電極的整張IPN薄膜轉(zhuǎn)移至模具上,利用激光切割機(jī)對整張IPN薄膜進(jìn)行切割分離,加工成若干個堆疊驅(qū)動單元,每一堆疊驅(qū)動單元上含有一個單壁碳納米管沉積電極;用堆疊工具將堆疊驅(qū)動單元逐一上下堆疊,并用切刀整形;最后,裝上電極導(dǎo)線,完成堆疊驅(qū)動器的制作。
[0005]本發(fā)明使用單壁碳納米管配置的溶液作為堆疊驅(qū)動器的柔性電極噴涂材料,噴涂沉積的單壁碳納米管電極為堆疊驅(qū)動器提供電場,單壁碳納米管具有較小的剛度、良好的導(dǎo)電性和容錯性,不會阻礙堆疊驅(qū)動器的應(yīng)變,并且在聚丙烯酸薄膜被擊穿后,單壁碳納米管可自行降解變?yōu)殡娊^緣體,堆疊驅(qū)動器不會短路,可繼續(xù)工作。單壁碳納米管擊穿后可以自行修復(fù)的能力,大大延長了堆疊驅(qū)動器的使用壽命;在電極原溶液分散的過程中采用由內(nèi)向外的能量傳遞方法,改水浴時能量由燒杯外向溶液內(nèi)的分散方式為超聲探頭直接分散法,改善了電極原溶液的分散均勻性,從而也降低了電極工作時失效的概率。本發(fā)明通過更換電極材料,在新工藝下,電極與薄膜之間貼合性更好,驅(qū)動器不容易出現(xiàn)放電現(xiàn)象,具有更長的壽命。在堆疊過程中,通過設(shè)計一套輔助裝置,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料與工藝,能夠快速高效的制作出堆疊驅(qū)動器。
【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0007]圖1是本發(fā)明工藝流程簡圖。
[0008]圖中的標(biāo)號為:1.1PN薄膜,2.金屬支撐框,3.單壁碳納米管沉積電極,4.模具,5.堆疊驅(qū)動單元,6.堆疊工具,7.堆疊驅(qū)動器雛形。
【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示,一種介電彈性體堆疊驅(qū)動器制作工藝,其包括以下步驟:首先在介電彈性體IPN薄膜上噴涂單壁碳納米管溶液。其中IPN薄膜(I)制作處理過程是:對丙烯酸薄膜進(jìn)行預(yù)拉伸后固定在金屬支撐框(2)上,保持預(yù)拉伸率在350%~500%間,配置IPN反應(yīng)藥劑:mTMPTMA^ziStziISi =10:100:57),用噴筆將IPN反應(yīng)藥劑均勾的噴涂在聚丙稀酸薄膜的兩面,靜置10h~12h后,放入真空干燥箱進(jìn)行加熱??刂茰囟?85°C ~90°C、時間:6h~7h、氣壓:-0.07Mpa—0.09Mpa。冷卻后制成IPN薄膜。單壁碳納米管溶液配置是:該溶液中溶質(zhì)單壁碳納米管的濃度為0.2mg/ml,溶劑異丙醇。對該溶液用超聲探頭分散均勻后,用噴筆均勻的噴涂在IPN薄膜(I)的上表面,待溶劑揮發(fā)后,即在IPN薄膜上形成厚度達(dá)50nm的單壁碳納米管沉積電極(3)。
[0010]而后將載有行列規(guī)律分布有單壁碳納米管沉積電極的整張IPN薄膜從金屬支撐框(2)上裁剪下,轉(zhuǎn)移至模具(4)上,每一單壁碳納米管沉積電極的位置與模具上的方孔居中對齊。利用激光切割機(jī)對整張IPN薄膜進(jìn)行切割分離,加工成若干個堆疊驅(qū)動單元(5),每一堆疊驅(qū)動單元(5)上含有一個單壁碳納米管沉積電極;用堆疊工具(6)將堆疊驅(qū)動單元逐一上下堆疊,當(dāng)堆疊層數(shù)滿足設(shè)計要求后,用切刀進(jìn)行修邊處理,制成堆疊驅(qū)動器雛形
(7),最后,引上電極導(dǎo)線,完成堆疊驅(qū)動器的制作。
[0011]本發(fā)明所涉及的器件均為通用器材,包括用3M公司的VHB聚丙烯酸薄膜制作的IPN薄膜(I ),金屬支撐框(2),IPN藥劑,單壁碳納米管溶液,模具(4),堆疊工具(6),超聲探頭、激光切割機(jī)、圓形切刀等,在此不再詳細(xì)介紹。
[0012]本發(fā)明所設(shè)計的堆疊工藝和堆疊輔助裝置,簡單靈活,容易復(fù)現(xiàn),利用本工藝可以制備出貼合性能更好的碳納米管電極,大幅提高介電彈性體驅(qū)動器的使用壽命。
【主權(quán)項】
1.一種介電彈性體堆疊驅(qū)動器制作工藝,其特征是:包括以下步驟:首先在介電彈性體IPN薄膜上噴涂單壁碳納米管溶液;待溶液干燥后,將載有單壁碳納米管沉積電極的整張IPN薄膜轉(zhuǎn)移至模具上,利用激光切割機(jī)對整張IPN薄膜進(jìn)行切割分離,加工成若干個堆疊驅(qū)動單元,每一堆疊驅(qū)動單元上含有一層單壁碳納米管沉積電極;用堆疊工具將堆疊驅(qū)動單元逐一上下堆疊,并用切刀整形;最后,引上電極導(dǎo)線,完成堆疊驅(qū)動器的制作。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種介電彈性體堆疊驅(qū)動器制作工藝,包括以下步驟:首先在介電彈性體IPN薄膜上噴涂單壁碳納米管溶液;待溶液干燥后,將單壁碳納米管沉積電極的整張IPN薄膜轉(zhuǎn)移至模具上,利用激光切割機(jī)對整張IPN薄膜進(jìn)行切割分離,加工成若干個堆疊驅(qū)動單元,每一堆疊驅(qū)動單元上含有一層單壁碳納米管沉積電極;用堆疊工具將堆疊單元逐一上下堆疊,并用切刀整形;最后,引上電極導(dǎo)線,完成堆疊驅(qū)動器的制作。本發(fā)明操作簡單、可復(fù)現(xiàn),電極貼合性好,提高了介電彈性體堆疊驅(qū)動器的使用壽命。
【IPC分類】H02N1/00
【公開號】CN105071683
【申請?zhí)枴緾N201510480894
【發(fā)明人】趙建文, 葛永, 于江成, 梅濤
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月7日
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