[发明专利]电活性聚合物致动器

说明书

技术领域

这里公开的本发明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。

本发明也涉及一种制造这样的致动器的方法。

背景技术

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技术领域。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E1、E2之间的活性区域D的扩展使钝性层PL1、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伸展模式移动，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 tactile display, IEEE Trans. Robotics, vol. 24, no. 3 (2008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中所示的那样翘曲（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。

发明内容

本发明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。

根据本发明的第一方面，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层一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）Y_el,1、Y_el,2小于或者基本上等于EAP层的弹性模量Y_EAP。（在各向异性材料的情况下，用于切向/平面内变形的弹性模量是最相关的弹性模量）根据本发明，致动器还包括钝性层，该钝性层固着到致动器的一侧（即固着到可伸展电极结构之一）并且通过被致动器夹带而弹性地可变形，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力为目的；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。