[发明专利]静电拉链

说明书

一种静电拉链致动器(132，232)包括初级电极(120，220)、覆盖初级电极的次级电极(130，230)、位于初级电极和次级电极之间并邻接初级电极的至少一部分和次级电极的至少一部分的介电层(120，220，270)、以及至少设置在介电层和电极之一之间的接合处的介电流体(140，240)，其中介电层的平均总厚度小于约10微米。

技术领域

本公开总体上涉及静电驱动设备，并且更具体地涉及静电致动器(即拉链致动器(zipping actuator))、其制造方法和其使用方法。

发明背景

静电拉链致动器按照库仑定律(Coulomb’s Law)工作，在库仑定律中，带相反电荷的电极之间的静电力与电极之间距离的平方成反比。通过施加适当的电极间偏压(电压)，以相反的、重叠的方式设置并由介电层(在本文有时称为“阻挡层”)隔开的成对电极可以可逆地拉在一起或强制分开。静电拉链致动器可以在各种设备中实现，该各种设备包括流体阀门、触感致动器、动觉致动器、剪切致动器(shear actuator)和蠕动泵(peristalticpump)，其中通常需要强力和大位移。

然而，如将认识到的，在例如生成用于安全关闭阀门的更高压力可能需要的更高工作电压下，这样的设备可能容易发生电气短路，这降低了可靠性并可能导致现场故障。特别地，在未拉上(unzipped)或部分拉上的致动器(un-zipped or partially zippedactuator)中，存在于电极间间隙内的空气的介电击穿可能产生静电屏蔽，这减少或消除了电极之间的静电吸引力。此外，在某些方面，诸如一个或更多个致动器电极和介于中间的介电层之间的粘附可能抑制连续可调谐、快速可调整操作的实现。此外，在这种材料的制造中普遍存在的介电层中的缺陷可能不利地影响设备的电气性能。尽管最近有所发展，但实现能够快速和重复致动的高可靠性、机械稳健的静电致动器将是有益的。

发明概述

根据本公开的第一方面，提供了一种设备(静电拉链致动器)，其包括初级电极、覆盖初级电极的次级电极、位于初级电极和次级电极之间并邻接初级电极的至少一部分和次级电极的至少一部分的至少一个介电层、以及设置在至少一个介电层和电极之一之间的接合处的介电流体，其中介电层的平均总厚度小于约10微米，例如，小于约1微米。

在一些实施例中，电极中的至少一个包括柔顺材料。

在一些实施例中，电极中的至少一个包括导电聚合物。

在一些实施例中，电极中的至少一个包括掺杂的聚二甲基硅氧烷。

在一些实施例中，电极中的至少一个包括掺杂的半导体。

在一些实施例中，电极中的至少一个包括非平面区域。

非平面区域可以覆盖介电流体。

在一些实施例中，介电层包括二氧化硅。

介电层的平均厚度可以小于约1微米。

在一些实施例中，介电层在第一接触区域上邻接初级电极，并且介电层在不同于第一接触区域的第二接触区域上邻接次级电极。

介电流体可以包括硅油或介电酯。

介电流体可以具有固定体积。

设备还可以包括设置在初级电极的表面上方、在初级电极和介电层之间的次级介电层。

根据本公开的第二方面，提供了一种方法，包括：在设备的初级电极和次级电极之间施加小于约1kV的偏压。

所施加的偏压可以在初级电极和次级电极之间引起高达约200kPa的压缩压力。