结构化致动器：成形的电活性聚合物制造技术

致动器组件包括初级电极、与初级电极的至少一部分重叠的次级电极、以及设置在初级电极和次级电极之间的电活性聚合物层，其中电活性聚合物层包括相对于电极中的至少一个电极的主表面的非垂直(例如倾斜)侧壁。电活性聚合物层的特征在于相对于垂直于电极主表面取向的轴的非轴对称形状。轴的非轴对称形状。轴的非轴对称形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】ethyl acrylate)、丙烯酸氯甲酯(chloromethyl acrylate)、甲基丙烯酸(methacrylic acid)、二甲基丙烯酸酯低聚物(dimethacrylate oligomers)、烯丙基缩水甘油醚(allyl glycidyl ether)、氟化丙烯酸酯(fluorinated acrylates)、氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)或N
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羟甲基丙烯酰胺(N
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methylol acrylamide)。另外的电活性聚合物可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)或其共聚物，诸如聚(偏二氟乙烯
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共
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三氟乙烯)(PVDF
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TrFE))、硅氧烷丙烯酸酯聚合物(silicone acrylate polymers)和氨基甲酸酯聚合物(urethane polymers)，以及前述的组合。
[0011]在某些实施例中，电活性聚合物可以包括弹性体或热固性聚合物。这种材料可以具有介电常数或相对电容率(permittivity)，诸如例如范围从大约1.2到大约30或更大的介电常数。电活性聚合物层可以成形为提供期望的变形响应。
[0012]如本文所用，“成形的”电活性聚合物层在一些示例中可以包括不对称形状，诸如具有一个或更多个非旋转对称侧壁的肋或柱，例如梯形柱或肋。如本文所用，“肋”可以具有不同的面积尺寸，即长度和宽度，而“柱”的面积尺寸可以基本相等。例如，肋的长度和宽度尺寸可以变化大约20％或更多，而柱的面积尺寸可以变化小于大约20％。
[0013]在一些实施例中，成形的电活性聚合物层的侧壁可以是平面的或弯曲的。弯曲的侧壁可以是凹的或凸的。相对于相比较的设备，包括如本文公开的成形的电活性聚合物层的结构化致动器在压缩期间可以表现出较低的冯
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米塞斯(von Mises)应力，并且在电压相对于位移的相关曲线图中表现出较高的线性度。
[0014]根据一些实施例，结构化致动器可以包括位于一对电极之间的电活性聚合物的可压缩肋或柱的阵列。肋或柱的特征在于倾斜的侧壁，即，肋或柱具有倾斜的或非四面体的形状。根据某些实施例的肋或柱可以包括一个或更多个侧壁，其中每个侧壁的至少一部分相对于相邻电极中的至少一个电极的主表面倾斜小于90度的角度，例如大约10度、大约20度、大约30度、大约40度、大约50度、大约60度、大约70度或大约80度，包括任何前述值之间的范围。因此，在平面侧壁的示例中，整个侧壁可以相对于下面或上面的电极以小于90
°
的角度倾斜。成形的电活性聚合物可以被配置成提高其可压缩性并在致动期间抵抗静电吸合(pull
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in)。肋或柱可以以不同的角度和/或取向布置。而且，肋或柱的几何形状、组分等可以作为给定层内和/或跨多层堆叠内的连续层的位置的函数而变化。
[0015]在一些实施例中，电活性聚合物可具有小于大约10GPa的弹性模量(例如，大约10GPa、大约5GPa、大约2GPa、大约1GPa、大约0.5GPa、大约0.2GPa、大约0.1GPa、大约0.05GPa、大约0.02GPa、大约0.01GPa、大约0.005GPa、大约0.002GPa、大约0.001GPa、大约0.0005GPa、大约0.0002GPa或大约0.0001GPa，包括任何上述值之间的范围)。电活性聚合物层，例如成形的电活性聚合物层，其密度可以至少大约90％，例如密度大约90％、大约95％、大约97％、大约98％或大约99％，包括任何前述值之间的范围，并且基本上没有空隙或二次相(secondary phases)。
[0016]如本文所公开的，喷墨印刷可用于形成一层或更多层成形的电活性聚合物，尽管也考虑了其他沉积和图案化方法。例如，沉积可以包括挤压工艺或真空工艺，诸如化学气相沉积。可以结合诸如喷墨印刷的直写工艺来执行的图案化或在形成电活性聚合物层之后执行的图案化可以包括：使用硬工具或软工具的纳米压印光刻(例如，压印和印模印刷)、立体光刻、双光子吸收工艺、光刻和蚀刻(例如，光蚀刻、电子束光刻、灰度光刻等)、微复制技术、
聚焦离子束铣削或金刚石车削。
[0017]电活性聚合物可以印刷在任何合适的基底上。在一些实施例中，基底可以是透明的。示例基底材料可以包括玻璃或聚合物组合物，其可以限定各种光学元件结构，诸如透镜。如本文所公开的，另外的示例基底可以包括透明导电层，诸如透明导电电极。
[0018]在某些实施例中，在印刷或以其他方式沉积电活性聚合物之前，可以预处理或调节基底表面，例如，以提高印刷层的润湿性或粘附性。基底预处理可以包括等离子体处理(例如，CF4等离子体)、热处理、电子束曝光、UV曝光、UV
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臭氧曝光或用溶剂层、粘合层或自组装单层涂覆中的一种或更多种。基底预处理可以增加或减少基底表面的粗糙度。在一些实施例中，预处理可用于形成亲水表面或疏水表面。
[0019]在各种实施例中，聚合物前体组合物可以在大约大气压下沉积到基底上，尽管沉积压力没有特别限制，并且可以在减小的压力下进行，例如从大约1托到大约760托，例如1托、2托、5托、10托、20托、50托、100托、200托、500托或760托，包括任何前述值之间的范围。
[0020]在一个或更多个沉积步骤期间，基底温度可以保持在大约室温(23℃)，尽管可以使用更低或更高的基底温度。例如，在基底上形成电活性聚合物层期间的基底温度可以在大约
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20℃到大约100℃的范围内，例如
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20℃、0℃、20℃、40℃、60℃、80℃或100℃，包括任何前述值之间的范围，并且可以在沉积期间保持基本恒定或在沉积期间变化。
[0021]包括可固化材料的聚合物前体组合物可以印刷或以其他方式沉积在基底上，以在基底上形成前体涂层。前体涂层可以被固化以交联和聚合可固化材料。例如，诸如光源或热源的固化源可以被用于处理前体涂层，并且可以包括可产生能量以充分加热可固化材料的通电细丝阵列。根据一些实施例，前体涂层厚度的范围可以从大约10纳米到大约10毫米，例如大约10纳米、大约20纳米、大约50纳米、大约100纳米、大约200纳米、大约500纳米、大约1微米、大约2微米、大约5微米、大约10微米、大约20微米、大约50微米、大约100微米、大约200微米、大约500微米、大约1000微米、大约2000微米、大约5000微米，或大约10000微米，包括任何前述值之间的范围。
[0022]在一些实施例中，聚合可以通过将前体涂层暴露于热或光化辐射(actinic radiation)来实现。在一些示例中，“光化辐射”可以指能够破坏材料中共价键的能量。示例可以包括电子、电子束、x射线、伽马射线、紫外线和可见光以及适当高能量水平的离子。举例来说，单个UV灯或一组UV灯可用作光化辐射源。光化辐射的另一个源可以包括激光器(例如UV、IR或可见激光器)或发光二极管(LED)。
[0023]附加地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种致动器组件，包括：初级电极；次级电极，所述次级电极与所述初级电极的至少一部分重叠；和电活性聚合物层，所述电活性聚合物层设置在所述初级电极和所述次级电极之间，其中，所述电活性聚合物层包括相对于所述电极中的至少一个电极的主表面的非垂直侧壁。2.根据权利要求1所述的致动器组件，其中，所述电活性聚合物层的密度至少约为90％。3.根据权利要求1或权利要求2所述的致动器组件，其中，所述电活性聚合物层包括至少一对相对的非垂直侧壁。4.根据权利要求1或权利要求2所述的致动器组件，其中，所述电活性聚合物层包括多个非垂直侧壁。5.根据任一前述权利要求所述的致动器组件，其中，所述电活性聚合物层包括多个肋或柱；可选地，其中所述肋或柱是非轴对称的；可选地，所述致动器组件还包括位于所述初级电极上方并且位于相邻的一对肋或柱之间的高介电常数材料层；可选地，其中所述初级电极设置在基底上方，所述基底包括在相邻的一对肋或柱之间向上延伸的台面。6.根据任一前述权利要求所述的致动器组件，其中，所述电活性聚合物层包括邻近所述初级电极的第一宽度、邻近所述次级电极的第二宽度、以及位于所述初级宽度和所述次级宽度之间的中间宽度，所述中间宽度大于所述初级宽度并且大于所述次级宽度。7.根据任一前述权利要求所述的致动器组件，其中，所述非垂直侧壁包括非平面区域。8.根据任一前述权利要求所述的致动器组件，其中，所述非垂直侧壁包括凹入区域。9.根据任一前述权利要求所述的致动器组件，其中，所述非垂直侧壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼斯，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：