[發明專利]電熱致動器的制備方法

有效

• 申請號: 201410351924.6
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN105336844B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 李慶威;劉長洪;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: H01L41/18
• 分類號: H01L41/18;H01L41/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種電熱致動器的制備方法，包括：提供一碳納米管紙，該碳納米管紙包括多個碳納米管基本沿同一方向擇優取向延伸，且在延伸方向上相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連，該碳納米管紙的密度大于等于0.5g/cm³；沿一切割線切割該碳納米管紙，形成一圖形化碳納米管紙，至少一段該切割線與該碳納米管紙中碳納米管的延伸方向的夾角為45度至90度；在該圖形化碳納米管紙上形成至少兩個電極；以及在該圖形化碳納米管紙上形成一柔性高分子層，至少部分碳納米管紙包埋于該柔性高分子層中，該碳納米管紙與該柔性高分子層的厚度比為1：10至1：7，且該柔性高分子基體的熱膨脹系數為該碳納米管紙熱膨脹系數的10倍以上，得到所述電熱致動器。

技術領域

本發明涉及一種電熱致動器，尤其涉及一種電熱致動器的制備方法。

背景技術

致動器的工作原理為將其它能量轉換為機械能，實現這一轉換經常采用的途徑有三種：通過靜電場轉化為靜電力，即靜電驅動；通過電磁場轉化為磁力，即磁驅動；利用材料的熱膨脹或其它熱特性實現能量的轉換，即熱驅動。

現有的熱致動器通常是以聚合物為主體的膜狀結構，通過電流使聚合物溫度升高并導致明顯的體積膨脹，從而實現致動。熱致動設備的原理決定了電極材料必須具備很好的導電性、柔性和熱穩定性。

含有碳納米管的復合材料已被發現可用來制備電熱致動復合材料。現有技術提供一種含有碳納米管的電熱致動復合材料，包括柔性高分子基底材料及分散在柔性高分子基底材料中的碳納米管。含有碳納米管的電熱致動復合材料可以導電，通電以后可發熱，發熱后，所述含有碳納米管的電熱致動復合材料體積發生膨脹，進而實現彎曲致動。然而，該電熱致動復合材料的形變量有限，且響應速率較慢，且包括該電熱致動復合材料的電熱致動器的制備方法較為復雜，生產成本較高，不適合進行大批量的設計和生產。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種能實現較大形變量且工藝簡單、生產成本低，適合進行大批量的設計和生產的電熱致動器的制備方法。

一種電熱致動器的制備方法，包括：

提供一碳納米管紙，所述碳納米管紙包括多個碳納米管基本沿同一方向擇優取向延伸，且在延伸方向上相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連，所述碳納米管紙的密度大于等于0.5g/cm³；

沿一切割線切割所述碳納米管紙，形成一圖形化碳納米管紙，至少一段該切割線與所述碳納米管紙中碳納米管的延伸方向的夾角大于等于45度小于等于90度；

在該圖形化碳納米管紙上形成至少兩個電極；以及

在該圖形化碳納米管紙上形成一柔性高分子層，至少部分碳納米管紙包埋于所述柔性高分子層中，所述碳納米管紙與所述柔性高分子層的厚度比大于等于1：10小于等于1：7，且所述柔性高分子基體的熱膨脹系數為所述碳納米管紙熱膨脹系數的10倍以上，得到所述電熱致動器。

與現有技術相比較，本發明使用柔性高分子基體和碳納米管紙制備電熱致動器，由于碳納米管紙的密度較大，機械強度較大，可以對柔性高分子基體具有更好的固定作用，進而使得電熱致動器彎曲致動的形變量較大。由于碳納米管紙的熱導率很高，通電后可以快速升溫并將熱量傳導給柔性高分子基體，使柔性高分子基體受熱膨脹產生致動，進而使所述電熱致動器的熱響應速率較高，可以達到10秒以下。本發明電熱致動器的制備方法加工工藝簡單、生產效率高且生產成本低，適合進行大批量的設計和生產。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例提供的電熱致動復合材料的立體結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的電熱致動復合材料伸縮前與通電伸縮后的對比示意圖。

圖3為本發明第二實施例提供的電熱致動器的結構示意圖。

圖4為本發明第三實施例提供的電熱致動器的結構示意圖。