多层电活性聚合物器件及其制造方法技术

提供多层电活性聚合物(EAP)器件及其制造方法。所述多层EAP器件包括多个单元层。各单元层包括由电活性聚合物(EAP)形成的EAP层、配置以防止材料渗透到所述EAP层中的保护层、和使用导电材料形成的活性电极。所述保护层可在所述活性电极下面或在所述活性电极上面形成。所述活性电极可插入在两个保护层之间。

【技术实现步骤摘要】

以下描述涉及致动器，且更具体地，涉及电活性聚合物(EAP)致动器及其制造方法。
技术介绍
术语电活性聚合物(EAP)通常指其形状通过电刺激改变的聚合物。然而，在广义上，EAP可指其形状除通过电刺激之外还通过化学刺激或热刺激改变的聚合物。EAP可分为如离子聚合物金属复合材料(IPMC)、介电弹性体、导电聚合物、聚合物凝胶、聚偏氟乙烯树脂、碳纳米管、形状记忆聚合物等的类型。EAP广泛地用作用于致动器的材料，所述致动器是将电能转化为机械能的动力转换器件。例如，EAP致动器用在多种应用器件如流体透镜、微型照相机、聚合物微机电系统 (MEMS)、生物系统、能量收集等中。另外，EAP致动器用在如传感器、电容器、振动膜等的应用中。与具有O. 2%的最大应变的陶瓷压电致动器相比，EAP致动器变形最高达5%。因此，即使小尺寸的EAP致动器也可提供相对大的位移。在这点上，EAP致动器已在多个领域中赢得了大量兴趣，例如小尺寸且薄的移动电子设备中的高性能摄像机中包括的变焦流体透镜领域。变焦流体透镜用于执行多种功能，如自动聚焦(AF)功能、变焦功能、光学图像稳定(OIS)功能等。在约20ν/μπι 150ν/μπι的电场下，EAP致动器变形小部分百分数。因此，为了获得大的位移例如约3% 7%，在使用具有约10 μ m厚度的聚合物的EAP致动器中，驱动电压需要为约200V 1500V。然而，使用这样的高驱动电压的常规EAP致动器在例如24V 或更低的相对低的驱动电压下工作的一些设备如移动电子设备中具有有限的应用。为了降低EAP致动器的驱动电压，本专利技术的申请人已提交了公开多层EAP致动器的韩国专利公开No. 2008-0100757 电活性聚合物致动器及其制造方法”。多层EAP聚合物致动器具有其中多个薄的聚合物层一个一个地层叠同时在其间交替插入具有不同电势的驱动电极的结构。即，多层EAP致动器具有多个包括由电活性聚合物形成的聚合物层和在该聚合物层上形成的活性(有源，active)电极的单元层。然而， 如果使用具有高刚性的金属形成活性电极，则具有多个活性电极的多层EAP致动器的挠曲模量显著增加且EAP致动器的位移减小。为了使EAP致动器位移的减小最小化，活性电极需要以几十纳米的小厚度形成。或者，为了使EAP致动器位移的减小最小化，活性电极可使用导电聚合物代替金属形成。与本示例性实施方式有关的是韩国专利公开No. 2008-0100757仅在其中公开了各层的层叠。然而，本专利技术人已发现，使用溶液流延方法形成多层结构如韩国专利公开 No. 2008-0100757中公开的多层结构是合乎需要的。原因是与膜层叠相反，溶液流延不需要转移和对准薄膜。因而，溶液流延简化制造且降低所得多层结构的制造成本。此外，溶液流延产生具有所需平坦上表面的聚合物薄膜而不管基底结构的轮廓如何，并提供层之间的优异的粘合力，且产生具有减少的污染或缺陷的薄膜。另外，溶液流延是合乎需要的，因为其可在比层叠小的空间中进行，由于其需要较少的工序和设备。然而，本专利技术人发现，如果通过溶液流延制造韩国专利公开No. 2008-0100757的多层EAP结构，则溶液流延导致溶剂从相继的层渗透到已经沉积的层中，且由此使活性电极破裂，损坏EAP层的表面，或者在薄膜中产生不均匀的厚度。因而本专利技术人得到不具有以上不合乎需要的特征的如本文中所描述的解决方案。
技术实现思路
在一个方面中，提供，其能够以更简单的制造过程降低制造成本、改善生产率且改善操作性能。在另一方面中，提供，其能够在防止活性电极被损坏的同时改善生产率。在一个总的方面中，提供多层电活性聚合物器件，其包括一个一个地堆叠的多个单元层。所述单元层包括由电活性聚合物形成的EAP层、配置以防止材料渗透到所述EAP 层中的保护层、和由导电材料形成的活性电极。所述活性电极可形成于所述保护层上。或者，所述活性电极可形成于所述EAP层上且所述保护层可形成于其上形成所述活性电极的所述EAP层上。所述保护层可包括第一保护层和第二保护层，且所述活性电极可插入在两个保护层之间。在另一总的方面中，提供制造多层电活性聚合物器件的方法。所述方法如下。通过将EAP溶液以膜形状形成在基底上且除去所述EAP溶液的溶剂而形成第一 EAP层。形成保护层以防止材料渗透到所述第一 EAP层中。由导电材料形成活性电极。所述保护层可形成于所述第一 EAP层上且所述活性电极可形成于所述保护层上。或者，所述活性电极可形成于所述第一 EAP层上且所述保护层可形成于其上形成所述活性电极的所述第一 EAP层上。 或者，第一保护层可形成于所述第一 EAP层上，所述活性电极可形成于所述第一保护层上， 且第二保护层可形成于其上形成所述活性电极的所述第一保护层上。可通过将EAP溶液以膜形状形成在所述保护层上且除去所述EAP溶液的溶剂而形成第二 EAP层。在另一总的方面中，提供多层电活性聚合物器件，其包括一个一个地堆叠的多个单元层对且划分成致动区域和邻近该致动区域的两侧的第一非致动区域及第二非致动区域。所述单元层对各自包括由EAP形成的第一 EAP层、配置以防止材料渗透到所述第一 EAP 层中的第一保护层、由导电材料形成且从所述致动区域延伸到所述第一非致动区域的第一活性电极、通过利用EAP在所述第一 EAP层上形成的第二 EAP层、配置以防止材料渗透到所述第二 EAP层中的第二保护层、和由导电材料形成且从所述致动区域延伸到所述第二非致动区域的第二活性电极。所述保护层可在所述活性电极的下部和上部的至少一个上形成。在另一总的方面中，提供制造多层电活性聚合物器件的方法。所述方法通过重复包括以下操作的序列实现。通过将EAP溶液以膜形状形成在划分成邻近致动区域的第一非致动区域和第二非致动区域的基底上且除去所述EAP溶液的溶剂制造第一 EAP层。在所述第一 EAP层上形成保护层。形成第一活性电极以覆盖至少所述致动区域且延伸至所述第一非致动区域。通过将EAP溶液以膜形状形成在其上形成所述第一活性电极的所述保护层上且除去所述EAP溶液的溶剂形成第二 EAP层。在所述第二 EAP层上形成第二保护层。形成第二活性电极以覆盖至少所述致动区域且延伸至所述第二非致动区域。可交换形成所述保护层和所述活性电极的顺序。或者，所述方法可进一步包括在已形成所述活性电极之后形成保护层。从结合附图考虑公开示例性实施方式的以下详细描述，其它特征将对本领域技术人员变得明晰。附图说明图I为显示多层电活性聚合物器件的示意性构造的实例的透视图。图2A和2B为各自显示形成图I的多层EAP器件的单元层的透视图。图3A为沿着图2A的线Y-Y’所取的横截面图。图3B和3C为各自显示图3A的替代实施方式的横截面图。图4A 4F为显示用于保护层的材料的分子式的图。图5为显示多层EAP致动器的驱动电压随单元层厚度的变化的图。图6为沿着图I的线X-X’所取的横截面图。图7为显示对应于图6的虚线的部分的放大图。图8为显示互连电极的实例的图。图9A为显示具有多层EAP致动器的变焦流体透镜的实例的构造的部分横截面图。图9B为显示图9A的变焦流体透镜的分解透视图。图IOA IOJ为显示制造图5的多层EAP器件的方法的横截面图。图11为显示在不存在保护层时对多层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴娟净，朴哲民，崔然植，崔承太，权钟午，
申请(专利权)人：延世大学校产学协力团，三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：