一种电热致动复合材料，其包括一柔性高分子层以及一碳纳米管纸，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层层叠设置，且至少部分碳纳米管纸包埋于所述柔性高分子层中，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层的厚度比大于等于1：10小于等于1：7，所述碳纳米管纸的密度大于等于0.5g/cm3，所述柔性高分子层的热膨胀系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系数的10倍以上，所述碳纳米管纸在沿平行于该碳纳米管纸表面的一第一方向上的电导率大于等于1000S/m小于等于6000S/m。本发明专利技术还进一步提供一种电热致动器。所述电热致动复合材料及其电热致动器可用于仿生致动或多功能致动器等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电热致动复合材料及电热致动器。
技术介绍
致动器的工作原理为将其它能量转换为机械能，实现送一转换经常采用的途径有 立种；通过静电场转化为静电力，即静电驱动；通过电磁场转化为磁力，即磁驱动；利用材 料的热膨胀或其它热特性实现能量的转换，即热驱动。 现有的热致动器通常是W聚合物为主体的膜状结构，通过电流使聚合物温度升高 并导致明显的体积膨胀，从而实现致动。热致动设备的原理决定了电极材料必须具备很好 的导电性、柔性和热稳定性。 含有碳纳米管的复合材料已被发现可用来制备电热致动复合材料。现有技术提供 一种含有碳纳米管的电热致动复合材料，包括柔性高分子基底材料及分散在柔性高分子基 底材料中的碳纳米管。含有碳纳米管的电热致动复合材料可W导电，通电W后可发热，发热 后，所述含有碳纳米管的电热致动复合材料体积发生膨胀，进而实现弯曲致动。然而，该电 热致动复合材料的形变量有限，且响应速率较慢，不利于其进一步应用。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可W实现较大形变量且具有较快响应速率的电热致 动复合材料W及电热致动器。 一种电热致动复合材料，包括一柔性高分子层W及一碳纳米管纸，所述碳纳米管 纸与所述柔性高分子层层叠设置，且至少部分碳纳米管纸包埋于所述柔性高分子层中，所 述碳纳米管纸与所述柔性高分子层的厚度比大于等于1 :1〇小于等于1 :7,所述碳纳米管纸 的密度大于等于0. 5g/cm3,所述柔性高分子层的热膨胀系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系 数的10倍W上，所述碳纳米管纸在沿平行于该碳纳米管纸表面的一第一方向上的电导率 大于等于lOOOS/m小于等于6000S/m。 -种电热致动器，包括：一长条形致动部W及两个电极，所述长条形致动部由一电 热致动复合材料剪裁而成，所述两个电极间隔设置，位于所述长条形致动部沿延伸方向的 两端，该两个电极与所述碳纳米管纸电连接，所述电热致动复合材料包括一柔性高分子层 W及一碳纳米管纸，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层层叠设置，且至少部分碳纳米管 纸包埋于所述柔性高分子层中，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层的厚度比大于等于1 ; 10小于等于1 ;7,所述碳纳米管纸的密度大于等于0. 5g/cm3,所述柔性高分子层的热膨胀 系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系数的10倍W上，所述碳纳米管纸在沿平行于该碳纳米 管纸表面的一第一方向上的电导率大于等于lOOOS/m小于等于6000S/m，该长条形致动部 至少部分沿所述第一方向延伸。 与现有技术相比较，本专利技术提供的电热致动复合材料W及电热致动器，其包括柔 性高分子层，W及设置于柔性高分子层表面的碳纳米管纸，由于碳纳米管纸的密度较大，在 弯曲方向上的拉伸强度大于3Mpa，机械强度较大，可W对柔性高分子层具有更好的固定作 用，进而使得弯曲致动的形变量较大。由于碳纳米管的热导率很高，通电后可W快速升温并 将热量传导给柔性高分子层，使柔性高分子层受热膨胀产生致动，进而使所述电热致动复 合材料W及电热致动器的热响应速率较高，可W达到10砂W下。另外，通过调整电导率在 大于等于lOOOS/m小于等于6000S/m范围内的方向，可W使所述电热致动复合材料W及电 热致动器具有弯曲方向可控性。【附图说明】 图1为本专利技术第一实施例提供的电热致动复合材料的立体结构示意图。 图2为本专利技术第一实施例提供的电热致动复合材料伸缩前与通电伸缩后的对比 示意图。 图3为本专利技术第二实施例提供的电热致动器的结构示意图。 图4为本专利技术第H实施例提供的电热致动器的结构示意图。 图5为本专利技术第H实施例提供的其它形状的电热致动器的结构示意图。 图6为本专利技术第H实施例提供的包括多个电极的电热致动器的结构示意图。 图7为本专利技术第四实施例提供的电热致动器的结构示意图。 图8为本专利技术第五实施例提供的电热致动器的结构示意图。 图9为本专利技术第五实施例提供的其它形状的电热致动器的结构示意图。 图10为本专利技术第五实施例提供的具有多个导电通路的电热致动器的结构示意 图。 图11为本专利技术提供的电热致动器制备方法的流程图。 主要元件符号说明如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本专利技术。【具体实施方式】 W下将结合附图详细说明本专利技术提供的电热致动复合材料及电热致动器。 请参考图1，本专利技术第一实施例提供一种电热致动复合材料100,其包括；一柔性 高分子层140W及一碳纳米管纸120。所述碳纳米管纸120与所述柔性高分子层140层叠 设置，且至少部分碳纳米管纸120包埋于所述柔性高分子层140中。所述柔性高分子层140 的热膨胀系数为所述碳纳米管纸120的热膨胀系数的10倍W上，更优选地，所述柔性高分 子层140的热膨胀系数为所述碳纳米管纸120的热膨胀系数的100倍W上。 所述碳纳米管纸120的厚度大于等于30微米且小于等于50微米。所述碳纳米管 纸120在平行于该碳纳米管纸120表面的一第一方向上的电导率大于等于lOOOS/m且小于 等于6000S/m。可W理解，当所述碳纳米管纸120的电导率过大时，例如，大于6000S/m，即 该碳纳米管纸120具有较小的电阻，将一预定电压(如，lOV)施加于所述碳纳米管纸120时， 该碳纳米管纸120难W产生足够的热量，进而难W使所述柔性高分子层140发生热膨胀变 形；当所述碳纳米管纸120的电导率过小时，例如，小于lOOOS/m，即该碳纳米管纸120具有 较大的电阻，将所述预定电压施加于所述碳纳米管纸120时，会导致电热致动复合材料100 的热响应速度较慢。更优选地，所述碳纳米管纸120在平行于该碳纳米管纸120表面的第 一方向上的电导率在大于等于2000S/m且小于等于3500S/m。所述碳纳米管纸120的密度 在0. 5g/cm3W上，从而使所述碳纳米管纸120的拉伸强度在SMPaW上。当所述碳纳米管纸 120的密度太小，则碳纳米管纸120的机械强度较小，不足W对所述柔性高分子层140设置 有碳纳米管纸120的一侧提供较好的固定作用，从而会使所述电热致动复合材料100在快 速热致形变的过程中碳纳米管纸120容易发生断裂。优选的，所述碳纳米管纸120的密度 大于等于0. 5g/cm3小于等于1. 2g/cm3。 所述碳纳米管纸120包括多个基本沿同一方向延伸排列的碳纳米管，且该多个碳 纳米管在其延伸方向通过范德华力首尾相连，且所述多个碳纳米管基本平行于该碳纳米管 纸120的表面设置。所述多个碳纳米管的延伸方向与所述第一方向形成一大于等于45度小 于等于90度交叉角，从而使所述第一方向上的电导率大于等于lOOOS/m且小于等于6000S/ m。优选的，所述多个碳纳米管的延伸方向与所述第一方向形成一大于等于80度小于等于 90度的交叉角。本实施例中，所述碳纳米管纸120为一长为6厘米、宽为3厘米、厚度为30微米的 长方形平面结构，且所述碳纳米管纸120的拉伸强度为4Mpa左右，密度为1.Og/cm3,所述碳 纳米管纸120中碳纳米管的排列方向与所述第一方向形成一 90度夹角，且所述碳纳米管纸 120中的碳纳米管在其延伸方向通过范德华力首尾相连。 所述柔性高分子层140为厚度大于等于270微米小于等于450微米的薄片状结 构。当本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电热致动复合材料，其包括一柔性高分子层以及一碳纳米管纸，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层层叠设置，且至少部分碳纳米管纸包埋于所述柔性高分子层中，其特征在于，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层的厚度比大于等于1：10小于等于1：7，所述碳纳米管纸的密度大于等于0.5g/cm3，所述柔性高分子层的热膨胀系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系数的10倍以上，所述碳纳米管纸在沿平行于该碳纳米管纸表面的一第一方向上的电导率大于等于1000S/m小于等于6000S/m。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李庆威，刘长洪，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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