电活性聚合物致动器制造技术

一种致动器，其包括电活性聚合物层（402）和在电活性聚合物层（402）的每侧上设置的可伸展电极结构（410，411）。更软的钝性层（401）固着到可伸展电极结构（410，411）之一。当被可伸展电极结构（410，411）横向压缩时，电活性聚合物层（402）将切向地扩展，并且致动器将松弛成如下形状，其中电极区域的内部与器件的平面基本上平行，而区域增加的大部分被在电极边界处出现的平面外弯曲所吸收（翘曲模式）。可以将本发明专利技术实现为具有可变几何形状的光学反射或者折射器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
这里公开的本专利技术大体上涉及电活性聚合物致动器。具体而言，它涉及一种具有不对称分层结构的致动器，该不对称分层结构允许局部化的不在适当位置的致动。本专利技术也涉及一种制造这样的致动器的方法。
技术介绍
形式为叠层(或者三明治结构或者分层材料)的电介质致动器属于迅速进展的
简单电介质致动器可以包括电活性聚合物层和电极对，该电极对用于施加静电力并且由此引起聚合物层在切向和/或横向方向上的弹性变形。更多复杂电介质致动器可以包括功能附加层，比如光学反射或者防反射层、纹理增强层、电和/或热传导层等。添加钝性层可能影响电介质致动器对施加的电场做出响应的方式。在US-2008/0289952中公布的申请公开了一种叠层，其由涂覆有一个或者多个钝性聚合物层的致动器构成。钝性层在致动器对它们施加的剪切力的作用之下对致动场的变化间接地做出响应。因此如本申请的图1中所示，致动器的电极El、E2之间的活性区域D的扩展使钝性层PLl、PL2伸展，从而在叠层TDU的外表面TDS上产生与活性区域D的边界对应的提升边缘。(注意电极E1、E2的可见尺寸差不是这一类型的所有致动器共有的特征。)为了进一步图示这样的/欢展麗式移动，图2示出EAP层202的位于两个电极210、211之间的那部分的压缩和附后的平面伸展如何通过泊松效应引起周围钝性层210、211的放大的厚度收缩。通过将活性区域伸展成更薄形状而从活性区域供应组成提升边缘的材料；这样的伸展可能不会在所有应用中被接受。Koo, Jung 等的文章 Development of soft-actuator-based wearable tactiledisplay, IEEE Trans.Robotics, vol.24, n0.3 (2OO8 年六月)，第 549 - 558 页公开了一种电介质致动器，该电介质致动器的部分能够如本申请的图3中所示的那样激廣(duck)移动。在刚性边界框(未示出)以内夹持致动器302、310、311的活性部分320，因此未与周围部分321弹性接触。该夹持对切向扩展进行约束并且使致动器代之以在平面外偏转，优选的翘曲方向由钝性层301的存在定义。尽管这一类型的致动器可以实现相对大的偏转幅度，但是它们一般不能产生锐利边缘、因此对触觉应用而言不理想。另外，已经显现，翘曲模式致动器对对称形状、比如方形或者圆形形状表现最佳，因此不会与太不规则的电极形状兼容。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是克服这些限制，并且提供一种致动器，其具有用于产生相对锐利的边缘而又仅在有限程度上在平面内扩展的致动模式。又一目的是提供一种用于制造这样的致动器的有效方法。根据本专利技术的第一方面，这些目的中的至少一个目的由一种致动器实现，该致动器包括电活性聚合物(EAP)层和在EAP层的每侧上设置的可伸展电极结构。电极结构可以具有柔性片、板、格栅、可寻址矩阵、可寻址点阵列等的形式。它们在它们至少与EAP层ー样软的意义上是可伸展的。更具体而言，它们的弹性模量(或者杨氏模量)Yel,Yel,2小于或者基本上等于EAP层的弹性模量Yeap。(在各向异性材料的情况下，用于切向/平面内变形的弾性模量是最相关的弹性模量)根据本专利技术，致动器还包括钝性层，该钝性层固着到致动器的ー侧(即固着到可伸展电极结构之一)并且通过被致动器夹带而弾性地可变形，钝性层在所有切向方向上具有机械均匀性。将钝性层固着到致动器主要以在各层之间传送剪切カ为目的；可以使用人造粘接方式来接合某些材料，而在材料的其它组合之间的粘合力可以一旦两个表面形成接触就出现。当电极结构越过EAP层的活性区域施加电压时，活性区域将横向压缩并且g在增加它的面积。由于致动器的ー侧固着到机械上均匀的钝性层——这ー均匀性包括在所有横向方向上的非约束的可扩展性和可收缩性——所以致动器将以局部化的方式变形。更具体而言，变形将被局限于活性区域及其紧邻的周围，从而这一区域的内部在平面外移位而又将定向維持成与它的原始位置基本上平行。在活性区域的边界处和活性区域的边界周围的区域将在某种程度上在厚度方向上行进并且将一般与叠层的平面非平行地进行定向。在压缩之下的EAP层可以借助它的边界区域的弯曲来松弛成平衡状态而基本上未使它的周围变形；换而言之，电场引起的尺寸扩展将基本上被局限于活性区域，并且其大部分被边界区域的从EAP层的平面的向外延伸所吸收。通过向致动器提供以这一方式变形(在下文中称%翘曲模式变m的能力，本专利技术实现其第一目的。未遵循特定理论模型，认为有助于这一局部化的平面外变形的机制之ー是麦克斯韦应变(在所有三个维度中)发生于活性区域中、但是未超出这ー活性区域的事实。因此，如果定义好电极边缘，则锐利边缘最可能出现。EAP层最容易朝着未与钝性层邻近的自由电极扩展并且因此将位于叠层的松弛配置的被施加电场的凸侧上。本专利技术的ー个优点在于，它以少量能量开支产生显著的竖直幅度(深度形貌)。这是因为与具有厚度增强层的伸展模式致动器比较，更少数量的材料被重定位。这是如下事实的結果:在致动的伸展模式致动器中的厚度增强层被变形成其中它具有比在松弛状态中更小的厚度的配置。增强层的两侧相互逼近。对照而言，根据本专利技术的致动器可以通过在基本上一个单个(横向)方向上在平面外移位定界的区域来产生纹理增强边缘；该层的两侧大致上被布置成相互平行。因此，本专利技术至少从触觉观点来看实现了相当的纹理增强而又在更低的局部应变下进行操作，从而所需峰电压更低并且減少生命周期能量消耗。与在US-2008/0289952中公开的类型的致动器比较，本专利技术的另ー优点是预应变致动器膜的使用并非必需。这简化制造。预应变有利于伸展模式变形和随后的提升的边缘形成，而不是翘曲模式变形；例如预应变可以对在活性区域的边界周围EAP层的增厚有贡献。又ー优点在于，也并非必须使用在切向方向上可伸展的电极，针对在翘曲模式中，边缘由钝性层的下移部分产生而不是通过切向地伸展钝性层来产生。这向设计者提供更大自由度；具体而言，由于继而可以提供电极作为稳定的、基本上不伸展的表面，所以可以将反射表面直接布置到致动器上。对具有更小弯曲硬度(也就是更小剪切模量和厚度)的致动器材料而言，尺寸扩展通常更局部化。应当理解，钝性涂层的一面性(one-sideness)不是本专利技术的基本要素并且未绝对要求出现翘曲模式行为。而是，这通过在叠层的整个结构中存在不对称来实现。例如，如果双钝性层之ー在横向方向上相对更多地屈服并且因此适合于容纳g在向该钝性层中移位的活性区域的话，则可以预期在由该双钝性层包围的致动器中具有相似行为。与此对照，具有纹理增强的用于伸展模式致动的器件经常以在致动器芯的每侧上布置的具有相似机械性质的双钝性层为特征；因此，通过保证在器件的厚度范围内的基本上対称的硬度梯度来避免弯曲偏转。在第二方面中，本专利技术提供一种用于制造根据第一方面的致动器的方法。通过该方法，在概念上将待生产的致动器划分成将单独生产的两个或者更多个子叠层。每个子叠层包括一层或者多层并且通过直接制造或者通过获得预制材料由単独的并且可能并行的过程来提供。在制备子叠层之后，将子叠层叠放在一起以形成致动器。叠放可以通过机械压缩、化学粘接、热或者声学焊接、使用无辅助的表面粘合(比如通过范德瓦尔斯力)或者本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D布罗克肯，FMH克罗姆沃伊特斯，H德康宁，WM马塔姆，FJ沃斯森，CTHF里伊登鲍姆，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：