[發明專利]一種基于碳納米管的致動器的制備方法

有效

• 申請號: 201610890804.2
• 申請日: 2016-10-12
• 公開（公告）號: CN107934909B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 馬赫;魏洋;劉鍇;姜開利;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: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B3/00;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種致動器的制備方法，該方法包括以下步驟：提供一碳納米管層；在所述碳納米管層的表面設置一氧化釩層；以及在含氧氣氛中退火使所述氧化釩層轉變為二氧化釩層。本發明的致動器采用碳納米管層與二氧化釩層復合結構。由于二氧化釩層相變時形變較大，響應速率快，因此該致動器具有較大的形變和較快的響應速率。

技術領域

本發明涉及一種致動器，尤其涉及一種基于碳納米管的致動器以及該致動器的應用。

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，不利于其進一步應用。

發明內容

本發明提出一種可以實現較大形變量且具有較快響應速率的致動器的制備方法。

一種致動器的制備方法，該方法包括以下步驟：提供一碳納米管層；在所述碳納米管層的表面設置一氧化釩層；以及在含氧氣氛中退火使所述氧化釩層轉變為二氧化釩層。

如上述致動器的制備方法，其中，所述在碳納米管層的表面設置氧化釩層的方法為設置一氧化釩與碳納米管的復合層。

如上述致動器的制備方法，其中，所述在碳納米管層的表面設置氧化釩層的方法進一步包括步驟：提供多個碳納米管膜；在每個碳納米管膜的表面沉積一氧化釩層；將多個沉積有氧化釩層的碳納米管膜層疊設置于所述碳納米管層的表面。

如上述致動器的制備方法，其中，所述碳納米管膜厚度小于30納米，且每個碳納米管膜表面的氧化釩層厚度大于30納米，從而使得相鄰碳納米管膜之間的距離大于30納米。

如上述致動器的制備方法，其中，所述碳納米管膜至少在一個方向的尺寸大于其表面的氧化釩層在該方向的尺寸，從而使得所述氧化釩層轉變為二氧化釩層后所述碳納米管膜部分延伸到所述二氧化釩層外部。

如上述致動器的制備方法，進一步包括使所述碳納米管膜延伸到所述二氧化釩層外的部分與所述碳納米管層接觸并電連接。

如上述致動器的制備方法，其中，所述在碳納米管層的表面設置一氧化釩層的方法進一步包括步驟：提供一碳納米管陣列，所述碳納米管陣列包括多個平行間隔設置的碳納米管；沿著垂直于碳納米管長度的方向拉伸該碳納米管陣列，從而使該相鄰碳納米管之間的間距增大；在相鄰碳納米管之間沉積氧化釩，從而形成一氧化釩層；以及將沉積有氧化釩層的碳納米管陣列層疊設置于所述碳納米管層的表面，且所述碳納米管陣列中的碳納米管垂直于所述碳納米管層設置。

如上述致動器的制備方法，其中，所述碳納米管陣列中的碳納米管一端與所述碳納米管層接觸，另一端向遠離所述碳納米管層的方向延伸。

如上述致動器的制備方法，進一步包括設置一柔性保護層，所述柔性保護層將所述碳納米管層或二氧化釩層至少部分包覆。

如上述致動器的制備方法，其中，所述柔性保護層設置于所述二氧化釩層表面，所述柔性保護層具有彈性且可以與所述二氧化釩層一起收縮。

如上述致動器的制備方法，其中，所述碳納米管層中的多個碳納米管沿著基本平行于碳納米管層表面的方向延伸。