[发明专利]电致动夹持器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电致动夹持器，尤其涉及一种基于碳纳米管的电致动夹持器。

背景技术

致动器的工作原理为将其它能量转换为机械能，实现这一转换经常采用的途径有三种：通过静电场转化为静电力，即静电驱动；通过电磁场转化为磁力，即磁驱动；利用材料的热膨胀或其它热特性实现能量的转换，即热驱动。

静电驱动的致动器一般包括两个电极及设置在两个电极之间的电致动元件，其工作过程为在两个电极上分别注入电荷，利用电荷间的相互吸引和排斥，通过控制电荷数量和电负性来控制电极间电致动元件的相对运动。但是由于静电力反比于电容板之间距离的平方，因此一般只有在电极间距很小时静电力才比较显著，该距离的要求使该致动器的结构设计较为复杂。磁驱动的致动器一般包括两个磁极及设置在两个磁极之间的电致动元件，其工作过程是通过磁场的相互吸引和排斥作用使两磁极之间的电致动元件产生相对的运动，但是磁驱动的缺点和静电驱动相同，即由于磁场作用范围有限，导致电致动元件的上下两个表面必须保持较小的距离，该结构的设计要求严格且也限制了该致动器的应用范围。

而利用热驱动的致动器克服了上述静电驱动和磁驱动致动器的缺点，该致动器结构只要能够保证获得一定的热能就能产生相应的形变，另外，相对于静电力和磁场力，热驱动力较大。现有技术公开一种电热式致动器，请参阅“基于热膨胀效应的微电热式致动器进展”，匡一宁等，电子器件，vol 22，p162(1999)。该电热式致动器采用两片热膨胀系数不同的金属结合成双层结构作为电致动元件，当通入电流受热时，由于一片金属的热膨胀量大于另一片，双金属片将向热膨胀量小的一方弯曲。然而，由于上述电致动材料采用金属结构，形变量小，而且双层金属材料之间的形变量差异也较小，其柔性较差，导致整个电热式致动器热响应速度较慢。另外，两片金属片还为了紧密结合而需要将两者相互固定的手段。

使用上述致动器作为夹持臂的现有夹持装置，不仅存在上述致动器本身的问题，而且还存在结构设计复杂，使用不方便的问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种结构简单、响应速度快，并具有柔性的电致动夹持器。

一种电致动夹持器，包括一支撑部，以及至少两个间隔设置的电致动夹持臂，所述至少两个电致动夹持臂通过所述支撑部固定。其中，每一个电致动夹持臂包括一片状柔性高分子基体以及一碳纳米管膜结构。所述碳纳米管膜结构至少部分包埋于所述柔性高分子基体一表面，所述碳纳米管膜结构为多个碳纳米管通过范德华力结合而成，所述至少两个电致动夹持臂具有碳纳米管膜结构的表面间隔相对设置。

与现有技术相比较，本发明提供的电致动夹持器，其电致动夹持臂为柔性高分子基体和碳纳米管膜结构构成的复合材料，为一个整体的结构，从而使得该电致动夹持器具有结构简单的优点，并且还具有较好的柔性。另外，该碳纳米管膜结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管由范德华力结合形成一个整体，该多个碳纳米管相互连接并形成导电网路，使得该电致动夹持臂具有较好的导电性，可以快速加热该电致动夹持臂，使得该电致动夹持臂也相应具有较高的导电和导热性，且热响应速率较快。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的电致动夹持器的立体结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的电致动夹持器的电致动夹持臂的立体结构示意图。

图3为图2所示的电致动夹持器的电致动夹持臂沿III-III线的剖视图。

图4为图2中电致动夹持器的电致动夹持臂中的碳纳米管膜结构的立体结构示意图。

图5为本发明第一实施例提供的电致动夹持器的电致动夹持臂中采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图6为本发明第一实施例提供的电致动夹持器的电致动夹持臂中采用的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图7为本发明第一实施例提供的电致动夹持器的电致动夹持臂中采用的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。

图8为本发明第一实施例提供的电致动夹持器中具有包含有导电增强层的电致动夹持臂。

图9为本发明第一实施例提供的电致动夹持器的电致动夹持臂中的一种碳纳米管膜结构的立体结构示意图，该碳纳米管膜结构中的碳纳米管具特殊的排列方向。

图10为本发明第二实施例提供的电致动夹持器的结构示意图。

图11为本发明第二实施例提供的电致动夹持器的电致动夹持臂中的另一种碳纳米管膜结构示意图，该碳纳米管膜结构包括多个第一接电部，和多个第二接电部。

图12为本发明第三实施例提供的电致动夹持器的结构示意图。