[发明专利]电热致动复合材料及电热致动器

说明书

一种电热致动复合材料，其包括一柔性高分子层以及一碳纳米管纸，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层层叠设置，且至少部分碳纳米管纸包埋于所述柔性高分子层中，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层的厚度比大于等于1：10小于等于1：7，所述碳纳米管纸的密度大于等于0.5g/cm³，所述柔性高分子层的热膨胀系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系数的10倍以上，所述碳纳米管纸在沿平行于该碳纳米管纸表面的一第一方向上的电导率大于等于1000S/m小于等于6000S/m。本发明还进一步提供一种电热致动器。所述电热致动复合材料及其电热致动器可用于仿生致动或多功能致动器等领域。

技术领域

本发明涉及一种电热致动复合材料及电热致动器。

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。

现有的热致动器通常是以聚合物为主体的膜状结构，通过电流使聚合物温度升高并导致明显的体积膨胀，从而实现致动。热致动设备的原理决定了电极材料必须具备很好的导电性、柔性和热稳定性。

含有碳纳米管的复合材料已被发现可用来制备电热致动复合材料。现有技术提供一种含有碳纳米管的电热致动复合材料，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纳米管。含有碳纳米管的电热致动复合材料可以导电，通电以后可发热，发热后，所述含有碳纳米管的电热致动复合材料体积发生膨胀，进而实现弯曲致动。然而，该电热致动复合材料的形变量有限，且响应速率较慢，不利于其进一步应用。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可以实现较大形变量且具有较快响应速率的电热致动复合材料以及电热致动器。

一种电热致动复合材料，包括一柔性高分子层以及一碳纳米管纸，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层层叠设置，且至少部分碳纳米管纸包埋于所述柔性高分子层中，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层的厚度比大于等于1：10小于等于1：7，所述碳纳米管纸的密度大于等于0.5g/cm³，所述柔性高分子层的热膨胀系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系数的10倍以上，所述碳纳米管纸在沿平行于该碳纳米管纸表面的一第一方向上的电导率大于等于1000S/m小于等于6000S/m。

一种电热致动器，包括：一长条形致动部以及两个电极，所述长条形致动部由一电热致动复合材料剪裁而成，所述两个电极间隔设置，位于所述长条形致动部沿延伸方向的两端，该两个电极与所述碳纳米管纸电连接，所述电热致动复合材料包括一柔性高分子层以及一碳纳米管纸，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层层叠设置，且至少部分碳纳米管纸包埋于所述柔性高分子层中，所述碳纳米管纸与所述柔性高分子层的厚度比大于等于1：10小于等于1：7，所述碳纳米管纸的密度大于等于0.5g/cm3，所述柔性高分子层的热膨胀系数为所述碳纳米管纸的热膨胀系数的10倍以上，所述碳纳米管纸在沿平行于该碳纳米管纸表面的一第一方向上的电导率大于等于1000S/m小于等于6000S/m，该长条形致动部至少部分沿所述第一方向延伸。

与现有技术相比较，本发明提供的电热致动复合材料以及电热致动器，其包括柔性高分子层，以及设置于柔性高分子层表面的碳纳米管纸，由于碳纳米管纸的密度较大，在弯曲方向上的拉伸强度大于3Mpa，机械强度较大，可以对柔性高分子层具有更好的固定作用，进而使得弯曲致动的形变量较大。由于碳纳米管的热导率很高，通电后可以快速升温并将热量传导给柔性高分子层，使柔性高分子层受热膨胀产生致动，进而使所述电热致动复合材料以及电热致动器的热响应速率较高，可以达到10秒以下。另外，通过调整电导率在大于等于1000S/m小于等于6000S/m范围内的方向，可以使所述电热致动复合材料以及电热致动器具有弯曲方向可控性。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的电热致动复合材料的立体结构示意图。