可径向运动的电活性聚合物环肌及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种可径向运动的电活性聚合物环肌及其制备方法，其包括：一层电活性聚合物薄膜；两个电极；一个板框架；两层碳粉层；两层硅脂层。该制备方法包括如下步骤：将电活性导电聚合物进行拉伸后附着于方形框架上；将树脂板切割成“8”字形，得到“8”字形支撑体，将支撑体黏着在所述板框架上，得到环肌雏形；在导电聚合物的两侧表面各依次涂覆碳粉和硅脂；在“8”字形支撑体的长轴两端的正面和反面各穿设一根金属丝；对环肌雏形的外边缘进行切割，得到所述的可径向运动的电活性聚合物环肌。本发明专利技术可以做到特定方向的运动效果；电极不受形变影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可径向运动的电活性聚合物环肌及其制作方法，属于电活性聚合物领域的介电弹性体肌肉。
技术介绍
电活性聚合物是一类可以在电场的作用下改变其大小或形状的聚合物。其表现出的将电能转化为机械能的电活性在效应器，传感器及机器人驱动领域有着非常重要的作用。介电弹性体是电活性聚合物的一类，它具有较高的驱动压力，较快的反应速度以及较高的能量转化效率，这些特点恰恰符合了现今机器人领域对于驱动装置的要求，特别地，在软体机器人领域有极高的应用价值。因此，介电弹性体驱动器的重要性是不言而喻的，已经成为当今研究的一大热点话题。介于介电弹性体的特性，其在软体驱动器方面具有优势地位。经过现有技术的文献搜索发现，意大利比萨圣安娜高等学校的A.Menciassi等人在其论文“ASMAActuatedArtificialEarthworm”中介绍了一种基于记忆合金(SMA)驱动器的仿生环节机器人，其中提到的一种软体SMA驱动器通过在预制的硅胶囊中植入SMA弹簧改变软体结构的形状。SMA驱动器本质是合金，仍然具有一定的刚性，在一定程度上限制了仿生环节机器人一类对变形性能要求极高的机械的运动。SMA驱动器的反应时间较长，反应时间一般在2秒以上，极大限制了机械的运动能力。此外，在硅胶囊中植入SMA微弹簧制作SMA驱动器的过程需要精细加工，增加了驱动器的制备难度。基于此，需要提出一种全新的技术与工艺，使由此制得的软体驱动器具有更灵活的>反应能力，更快的反应速度，以及更简单易操作的制作工艺。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种可径向运动的电活性聚合物环肌及其制作方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供了一种可径向运动的电活性聚合物环肌，其包括：一层电活性聚合物薄膜；两个电极；一个“8”字形支撑体；两层碳粉层；两层硅脂层；两层所述碳粉层分别设置于电活性聚合物薄膜的上表面和下表面，两层所述硅脂层分别设置于各碳粉层的表面，所述“8”字形支撑体设置于其中一层硅脂层的表面，两个电极分别设置于“8”字形支撑体的长轴两端，且分别位于“8”字形支撑体的正面和背面。其中，电活性聚合物膜经过拉伸后通过其自身粘性附着于“8”字形支撑体上，通过其回复力将“8”字形支撑体塑形为一三维立体结构。该环肌利用了介电弹性体的高介电常数和低杨氏模量进行运动。所述环肌通过均匀拉伸的介电弹性体提供运动动力，保证了材料的各向同性，能够在径向上提供相同的舒张力。所述环肌使用油性碳粉代替传统金属板作为介电体模型中的电极板，柔性的电极板确保了介电弹性体的形变不受限制，硅脂层保护下的油性碳粉利于均匀涂抹，再次保证了运动材料的各向同性。所述环肌采用树脂板为材的“8”字形支撑体提供柔性支撑，使得在各向相同的舒张力在不同方向受到不同大小的拮抗力，来达到特定方向上运动的效果。作为优选方案，所述电活性聚合物薄膜为3M公司生产的VHB薄膜。VHB属于电活性聚合物的一类，介电弹性体。利用VHB的粘弹性，从而使VHB能黏着于“8”字形结构上。作为优选方案，所述金属丝为铜丝。电极的材料为油性碳粉和铜丝，其中油性碳粉均匀的分布在电活性聚合物两侧，与铜丝相连，铜丝作为延展电极，连接电压；所述薄亚克力板框架具体形态为“8”字形，固定拉伸后的电活性聚合物，从而提供柔性支撑；所述保护层的材料为硅脂，利用其水分挥发后得到的稳定形态，对油性碳粉层起到保护作用。第二方面，本专利技术还提供了一种如前述的可径向运动的电活性聚合物环肌的制作方法，其包括如下步骤：将电活性导电聚合物进行拉伸后，附着于板框架上；将树脂板依照“8”字形进行切割，得到“8”字形支撑体，将所述支撑体黏着在所述板框架上，得到环肌雏形；在导电聚合物的两侧表面各依次涂覆碳粉和硅脂；在“8”字形支撑体的长轴两端的正面和反面各穿设一根金属丝，分别作为正电极和负电极；对环肌雏形的外边缘进行切割，得到所述的可径向运动的电活性聚合物环肌。作为优选方案，所述电活性聚合物的拉伸倍数为2～4倍。作为优选方案，所述树脂板的厚度为0.2～0.5mm。作为优选方案，所述树脂板的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。作为优选方案，对所述“8”字形支撑体的外边缘进行切割的操作使用切割针阵。作为优选方案，所述切割针阵在对板框的外边缘进行切割前，在针尖上蘸取绝缘粉末以防止针尖与电活性聚合物粘连。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、利用VHB的粘弹性和树脂板的可弯曲性，形成稳定的三维立体结构；2、采用8字形结构支撑，可以做到特定方向的运动效果；3、采用油性碳粉层可形变性，使电极不受形变影响。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的分解结构图；图2为本专利技术的工作模态图；图中：1为电活性聚合物薄膜，2为厚亚克力板框架，3为板框架，4为油性碳粉层，5为硅脂保护层，6为电极，7为切割针阵。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1-2所示，本实施方式提供的一种可径向运动的电活性聚合物环肌，其包括：一层电活性聚合物薄膜1；一个“8”字形支撑体3；两层碳粉层4；两层硅脂层5；两个电极6；两层所述碳粉层分别设置于电活性聚合物薄膜的上表面和下表面，两层所述硅脂层分别设置于各碳粉层的表面，所述“8”字形支撑体设置于其中一层硅脂层的表面，两个电极分别设置于“8”字形支撑体的长轴两端，且分别位于“8”字形支撑体的正面和背面。该环肌利用了介电弹性体的高介电常数和低杨氏模量进行运动。所述环肌通过均匀拉伸的介电弹性体提供运动动力，保证了材料的各向同性，能够在径向上提供相同的舒张力。所述环肌使用油性碳粉代替传统金属板作为介电体模型中的电极板，柔性的电极板确保了介电弹性体的形变不受限制，硅脂层保护下的油性碳粉利于均匀涂抹，再次保证了运动材料的各向同性。所述环肌采用“8”字形支撑体提供柔性支撑，使得在各向相同的舒张力在不同方向受到不同大小的拮抗力，来达到特定方向上运动的效果。所述电活性聚合物薄膜为VHB薄膜。VHB属于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可径向运动的电活性聚合物环肌，其特征在于，包括：一层电活性聚合物薄膜；两个电极；一个“8”字形支撑体；两层碳粉层；两层硅脂层；两层所述碳粉层分别设置于电活性聚合物薄膜的上表面和下表面，两层所述硅脂层分别设置于各碳粉层的表面，所述“8”字形支撑体设置于其中一层硅脂层的表面，两个电极分别设置于“8”字形支撑体的长轴两端，且分别位于“8”字形支撑体的正面和背面。

【技术特征摘要】
1.一种可径向运动的电活性聚合物环肌，其特征在于，包括：
一层电活性聚合物薄膜；
两个电极；
一个“8”字形支撑体；
两层碳粉层；
两层硅脂层；
两层所述碳粉层分别设置于电活性聚合物薄膜的上表面和下表面，两层所述硅
脂层分别设置于各碳粉层的表面，所述“8”字形支撑体设置于其中一层硅脂层的表
面，两个电极分别设置于“8”字形支撑体的长轴两端，且分别位于“8”字形支撑
体的正面和背面。
2.如权利要求1所述的可径向运动的电活性聚合物环肌，其特征在于，所述电
活性聚合物薄膜为3M公司生产的VHB薄膜。
3.如权利要求1所述的可径向运动的电活性聚合物环肌，其特征在于，所述金
属丝为铜丝。
4.一种如权利要求1～3中任意一项所述的可径向运动的电活性聚合物环肌的
制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
将电活性导电聚合物进行拉伸后，附着于方形框架上；
将树脂板依照“8”字形进行切割，得到“8”字形支撑体，将所述“8”字形支
撑体黏着在所述方形框架上，得到环...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷国迎，徐亮，陈汉青，董婉婷，朱利民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31