[發明專利]一種電極可編輯的多層介電彈性體驅動器及其制作方法

有效

• 申請號: 202110361807.8
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113131781B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 羅凱;閆子文;李珂
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;錢塘科技創新中心
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;C08K3/04;C08L83/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;郭德忠

本發明提供了一種電極可編輯的多層介電彈性體驅動器及其制作方法，能夠制造出變形曲率可調的驅動器，電極編輯后可實現通電后面外變形高斯曲率可變，驅動器不容易出現放電現象，使用壽命長。本發明的多層介電彈性體驅動器制作方法，將單壁碳納米管作為柔性電極，無需預拉伸，可編輯電極形狀，可復現，操作簡單，堆疊穩定性和貼合性好，制作成本低。本發明的介電彈性體驅動器多層之間貼合性好，驅動電壓低，驅動力大。此外通過電極編輯可以控制在驅動器內部的空間電場，進而制造出變形曲率可調的驅動器。

技術領域

本發明涉及軟體機器人軟作動技術領域，具體涉及一種電極可編輯的多層介電彈性體驅動器及其制作方法。

背景技術

介電彈性體屬于一種電致驅動的變形材料，又稱人工肌肉。在介電彈性體表面覆蓋柔性電極層，在外加電場激勵下，介電彈性體可以發生變形，并且介電彈性體具有功率密度大、電致伸縮變形量大、能量轉換效率高等優點，在航空航天、機器人、醫療等領域有廣泛的應用前景。目前使用的介電彈性體變形材料聚二甲基硅氧烷PDMS使用時需要預拉伸以及固定框架，會導致其不易攜帶且形狀定型后不可編輯修改。同時一般介電彈性體的電極厚度會影響薄膜之間的貼合，使得堆疊錯層介電彈性體驅動器在工作時容易出現放電或擊穿現象，導致驅動器失效，降低了多層介電彈性體驅動器的使用壽命。此外，一般多層介電彈性體驅動器電極形狀為全覆蓋，介電彈性體變形形狀是不可變的，因而無法實現面外變形以及改變驅動器變形時表面高斯曲率。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種電極可編輯的多層介電彈性體驅動器及其制作方法，能夠制造出變形曲率可調的驅動器，可編輯電極，操作簡單，堆疊穩定性和貼合性好，制作成本低，電極編輯后可實現通電后面外變形高斯曲率可變，驅動器不容易出現放電現象，使用壽命長。

為實現上述目的，本發明的一種電極可編輯的多層介電彈性體驅動器制作方法，包括如下步驟：

步驟1，設定多層介電彈性體驅動器的電極層數；

設計電極形狀，按照設計形狀切割PET薄片，獲得后續轉印電極所需的掩模；

步驟2，以硅片為基底，在其表面上噴涂粘合劑，并使用旋涂機在表面旋涂一層PDMS薄膜；

步驟3，加熱使PDMS固化，得到電極層；將電極層轉印到覆蓋PET掩模的PDMS膜表面，得到編輯后的電極；

步驟4，在步驟3得到的電極上層繼續旋涂PDMS，然后返回執行步驟3，直至得到設定層數的多層介電彈性體驅動器；

步驟5，在N-甲基吡咯烷酮中浸泡去除硅片和所述驅動器之間的粘合劑，而后利用切刀整形，用C-PDMS包裹住電極部分并靜置固化，導出電極，完成多層介電彈性體驅動器的制作。

其中，所述步驟2中，使用通過超聲波震蕩得到碳納米管溶液，而后使用PTFE過濾膜過濾得到單壁碳納米管電極層。

其中，所述步驟3中，通過對不同層電極的形狀編輯，改變每層介電彈性體薄膜上下對應的電極面積，其中從下到上為半徑依次遞減的圓形電極。

其中，所述步驟5中，使用質量比為1：12的碳粉和PDMS配置成的導電橡膠C-PDMS。

其中，所述步驟1中，采用激光切割機按照設計形狀切割PET薄片。

其中，所述步驟5中，用C-PDMS包裹住電極部分并靜置固化12h。

本發明還提供了一種電極可編輯的多層介電彈性體驅動器，多層介電彈性體驅動器為5層，上下兩層為封裝層，驅動器內電極為四層，其形狀為圓形，且電極半徑隨堆疊層數逐層遞減。

有益效果：

本發明的多層介電彈性體驅動器制作方法，將單壁碳納米管作為柔性電極，無需預拉伸，可編輯電極形狀，可復現，操作簡單，堆疊穩定性和貼合性好，制作成本低。