[发明专利]一种基于碳纳米管的致动器的制备方法

说明书

本发明涉及一种致动器的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一碳纳米管层；在所述碳纳米管层的表面设置一氧化钒层；以及在含氧气氛中退火使所述氧化钒层转变为二氧化钒层。本发明的致动器采用碳纳米管层与二氧化钒层复合结构。由于二氧化钒层相变时形变较大，响应速率快，因此该致动器具有较大的形变和较快的响应速率。

技术领域

本发明涉及一种致动器，尤其涉及一种基于碳纳米管的致动器以及该致动器的应用。

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

本发明提出一种可以实现较大形变量且具有较快响应速率的致动器的制备方法。

一种致动器的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一碳纳米管层；在所述碳纳米管层的表面设置一氧化钒层；以及在含氧气氛中退火使所述氧化钒层转变为二氧化钒层。

如上述致动器的制备方法，其中，所述在碳纳米管层的表面设置氧化钒层的方法为设置一氧化钒与碳纳米管的复合层。

如上述致动器的制备方法，其中，所述在碳纳米管层的表面设置氧化钒层的方法进一步包括步骤：提供多个碳纳米管膜；在每个碳纳米管膜的表面沉积一氧化钒层；将多个沉积有氧化钒层的碳纳米管膜层叠设置于所述碳纳米管层的表面。

如上述致动器的制备方法，其中，所述碳纳米管膜厚度小于30纳米，且每个碳纳米管膜表面的氧化钒层厚度大于30纳米，从而使得相邻碳纳米管膜之间的距离大于30纳米。

如上述致动器的制备方法，其中，所述碳纳米管膜至少在一个方向的尺寸大于其表面的氧化钒层在该方向的尺寸，从而使得所述氧化钒层转变为二氧化钒层后所述碳纳米管膜部分延伸到所述二氧化钒层外部。

如上述致动器的制备方法，进一步包括使所述碳纳米管膜延伸到所述二氧化钒层外的部分与所述碳纳米管层接触并电连接。

如上述致动器的制备方法，其中，所述在碳纳米管层的表面设置一氧化钒层的方法进一步包括步骤：提供一碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列包括多个平行间隔设置的碳纳米管；沿着垂直于碳纳米管长度的方向拉伸该碳纳米管阵列，从而使该相邻碳纳米管之间的间距增大；在相邻碳纳米管之间沉积氧化钒，从而形成一氧化钒层；以及将沉积有氧化钒层的碳纳米管阵列层叠设置于所述碳纳米管层的表面，且所述碳纳米管阵列中的碳纳米管垂直于所述碳纳米管层设置。

如上述致动器的制备方法，其中，所述碳纳米管阵列中的碳纳米管一端与所述碳纳米管层接触，另一端向远离所述碳纳米管层的方向延伸。

如上述致动器的制备方法，进一步包括设置一柔性保护层，所述柔性保护层将所述碳纳米管层或二氧化钒层至少部分包覆。

如上述致动器的制备方法，其中，所述柔性保护层设置于所述二氧化钒层表面，所述柔性保护层具有弹性且可以与所述二氧化钒层一起收缩。

如上述致动器的制备方法，其中，所述碳纳米管层中的多个碳纳米管沿着基本平行于碳纳米管层表面的方向延伸。