屈曲介电弹性体致动器制造技术

本文公开了屈曲致动器，包括：第一电极；第二电极；以及夹在所述第一和第二电极之间的具有第一表面和第二表面的介电弹性体材料膜，其中所述材料由以下的无规嵌段共聚形成：具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料，以及具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料。本文还公开了形成所述介电弹性体材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】屈曲介电弹性体致动器
本专利技术涉及包括介电弹性体材料膜的屈曲介电弹性体致动器，介电弹性体材料和形成所述介电弹性体材料的方法。
技术介绍
在本说明书中先前公开的文献的列举或讨论不应当必要地被认为是承认该文献是现有技术的一部分或是公知常识。触感极重要地参与我们在我们的日常生活中遇到的任何身体交互。然而，当与虚拟环境进行交互时，这种触感通常是不足的。幸运的是，用触觉技术，通过使用触觉装置诸如致动器来重建刺激皮肤上所需感觉的力，可以为人-计算机或人-机器交互重建触感。随着触觉技术融入我们的生活，诸如增强的手术训练、视频游戏和盲人用盲文显示的应用如今正在成为现实。当前，材料诸如压电陶瓷、形状记忆合金和电活性聚合物已经被应用作为触觉反馈装置的致动器。然而，由压电陶瓷实现的致动应变通常小于1％，而形状记忆合金的致动由于其非线性热机械特性而难以控制。这样，电活性聚合物(EAP)由于其低功耗、轻重量、低成本和高致动应变而被保持作为触觉的优选材料。EAP是一类材料，当施加电场时，其可以展现出尺寸和形状的变化。在这种类别的材料中，介电弹性体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种屈曲致动器，包括：/n第一电极；/n第二电极；以及/n夹在所述第一和第二电极之间的具有第一表面和第二表面的介电弹性体材料膜，所述材料由以下的无规嵌段共聚形成：/n具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料；以及/n具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料/n其中：/n所述第一电极被布置为覆盖所述介电弹性体材料膜的第一表面上的第一电极面积，以及所述第二电极被布置为覆盖所述介电弹性体材料膜的第二表面上的第二电极面积，使得存在所述第一和第二电极面积之间的重叠的区域，所述区域具有的面积小于所述介电弹性体材料膜的第一或第二表面的面积。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181009 SG 10201808891V1.一种屈曲致动器，包括：
第一电极；
第二电极；以及
夹在所述第一和第二电极之间的具有第一表面和第二表面的介电弹性体材料膜，所述材料由以下的无规嵌段共聚形成：
具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料；以及
具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料
其中：
所述第一电极被布置为覆盖所述介电弹性体材料膜的第一表面上的第一电极面积，以及所述第二电极被布置为覆盖所述介电弹性体材料膜的第二表面上的第二电极面积，使得存在所述第一和第二电极面积之间的重叠的区域，所述区域具有的面积小于所述介电弹性体材料膜的第一或第二表面的面积。


2.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述第一和第二电极面积分别各自占所述介电弹性体材料膜的第一和第二表面上的5％至50％、诸如10至40％、诸如15至30％的面积。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的致动器，其中：
(a)所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料具有两个丙烯酸酯端基；和/或
(b)所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料具有两个丙烯酸酯端基。


4.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料选自以下中的一种或多种：具有两个丙烯酸酯端基的氨基甲酸酯丙烯酸酯聚合物材料、聚(二甲基硅氧烷)二甲基丙烯酸酯以及具有两个丙烯酸酯端基的热塑性聚氨酯。


5.根据权利要求4所述的致动器，其中，所述具有两个丙烯酸酯端基的氨基甲酸酯丙烯酸酯聚合物材料是具有两个丙烯酸酯端基的脂族丙烯酸酯聚合物材料，任选地其中所述具有两个丙烯酸酯端基的脂族丙烯酸酯聚合物材料选自CN310、CN8881、CN8884、CN8888、CN9004、CN9014、CN9028、CN9031、CN9002、CN966J75、CN9018、CN9021、CN3108、CN3211和CN8004中的一种或多种，任选地其中所述具有两个丙烯酸酯端基的氨基甲酸酯丙烯酸酯聚合物材料是CN9021。


6.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料具有的数均分子量大于20,000道尔顿，诸如20,001至50,000道尔顿。


7.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料选自以下中的一种或多种：聚(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯-co-二甲基丙烯酸乙二酯)、聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)、聚(己内酯)二甲基丙烯酸酯和聚(丙二醇)二甲基丙烯酸酯。


8.根据权利要求7所述的致动器，其中，所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料是聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)。


9.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料具有的数均分子量为200至1,000道尔顿。


10.根据权利要求9所述的致动器，其中，所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料具有的数均分子量为250至750道尔顿、诸如400至600道尔顿、诸如575道尔顿。


11.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料在所述介电弹性体材料中的存在量为5至15wt％，诸如10至15wt％。


12.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中：
(aa)所述介电弹性体材料具有的介电常数(εr)大于3、诸如3.1至100、诸如5.8至20、诸如6至15、诸如6.2至9.4；和/或
(ab)所述介电弹性体材料具有的弹性模量为0.1至4MPa，诸如0.3至4MPa；和/或
(ac)所述屈曲致动器在向所述第一和第二电极供应电压时具有的位移小于或等于1,250μm、诸如100至1,250μm、诸如500至1,250μm、诸如250至750μm、诸如1,000至1,250μm；和/或
(ad)所述介电弹性体材料具有的介电击穿小于或等于30V/μm、诸如10V/μm至25V/μm、诸如8V/μm至25V/μm、诸如10V/μm至20V/μm；和/或
(ae)所述介电弹性体材料具有的断裂伸长率大于50％、诸如50至960％、诸如50至500％、诸如150至450％、诸如423％。


13.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述致动器进一步包括柔性基底，其中所述第二电极放置在所述柔性基底上，以及所述介电弹性体材料膜形成在柔性基底和所述第二电极的至少一部分的顶部上。


14.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述致动器不包括刚性约束构件，任选地其中当施加电压时，所述致动器能够在不存在刚性约束构件情况下产生平面外致动。


15.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述第一和第二电极独立地选自碳脂、一条或多条金属纳米线、水凝胶、离子凝胶、碳纳米管和液态金属，任选地其中第一和第二电极由银纳米线形成。


16.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述致动器是透明的。


17.一种通过以下的无规嵌段共聚形成的介电弹性体材料：
具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料；以及
具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料。


18.根据权利要求17所述的介电弹性体材料，其中：
(ai)所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料具有两个丙烯酸酯端基；和/或
(bii)所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的极性聚合物材料具有两个丙烯酸酯端基。


19.根据权利要求17或权利要求18所述的介电弹性体材料，其中，所述具有两个或更多个丙烯酸酯或乙烯基端基的包括硅或氮原子的聚合物材料选自以下中的一种或多种：具有两个丙烯酸酯端基的氨基甲酸酯丙烯酸酯聚合物材料、聚(二甲基硅氧烷)二甲基丙烯酸酯以及具有两个丙烯酸酯端基的热塑性聚氨酯。


20.根据权利要求19所述的介电弹性体材料，其中，所述具有两个丙烯酸酯端基的氨基甲酸酯丙烯酸酯聚合物材料是具有两个丙烯酸酯端基的脂族丙烯酸酯聚合物材料，任选地其中所述具有两个丙烯酸酯端基的脂族丙烯酸酯聚合物材料选自CN310、CN8881、CN8884、CN8888、CN9004、CN9014、CN9028、CN9031、CN9002、CN966J75、CN9018、CN9021、CN3108、CN3211和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟明，古鲁纳坦·塞纳维尔，李佩诗，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG