專利名稱：機電致動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及以一種機電致動器，以及實現機電致動器的方法。
背景技術：
這一部分介紹可以有助于促進對于本發(fā)明更好理解的方面。因此，這一部分的陳 述應該考慮到這種情況進行理解，并且不應該理解成對于什么是現有技術什么不是現有技 術的承認。已經開發(fā)了各種類型的機電致動器。具有多種工作性能的機電致動器需要對于最 終用于應用而不同。機電致動器傾向于具有以下特征，例如足夠的結構完整性以促使重復 的致動而無需承受永久形變、用于足以致動的介電常數以及足夠的靈敏度以便在施加的不 會引起過熱的電壓下使得能夠致動。機電致動器中的這些和其他特征對于制造商提出了挑 戰(zhàn)。

發(fā)明內容
在所述實現示例中提出了一種裝置。所述裝置包括第一和第二電極以及位于所述 電極之間的可極化材料層。所述可極化材料具有嵌段共聚體成分，包括彈性域嵌段和導電 域嵌段。作為示例，可極化材料層可以響應于在所述第一和第二電極之間施加的電壓差來 定位以改變所述層的尺寸。作為另一種實現示例，提出了一種方法。所述方法包括提供具有嵌段共聚體成分 的可極化材料層，所述嵌段共聚體成分包括彈性域嵌段和導電域嵌段，所述層位于所述層 的相反表面上的第一和第二電極之間。所述方法附加地包括在所述第一和第二電極之間施 加電壓差，引起所述層的尺寸改變。在示例中，引起所述層的尺寸變化可以包括引起層厚度 減小。作為另一個示例，引起所述尺寸變化可以包括引起所述兩個相反表面的每一個表面 的尺寸增加。作為另外的示例，所述方法可以包括利用所述層尺寸中的變化來移動流體或 物體。在檢查以下附圖和詳細描述之后，本發(fā)明的其他裝置、方法、特征和優(yōu)點對于本領 域普通技術人員是清楚明白的。意圖是所有這些附加的裝置、方法、特征和優(yōu)點都包括在這 種描述中，并且落在本發(fā)明的范圍之內，可以由所述權利要求來保護。


參考附圖可以更好地理解本發(fā)明。附圖中的部件不必按比例繪制，提供這種放置 方式只是用于強調說明這些實現示例的原理。此外在附圖中，貫穿不同的附圖，將相似的參
3考數字分配給相應的部件。圖1是示出了裝置實現示例的透視圖。圖2是示出了圖1的裝置示例的另一個透視圖。圖3是示出了另一個裝置的實現示例的徑向截面圖。圖4是示出了圖3的裝置沿A-A線得到的軸向截面圖。圖5示出了圖3-4的裝置沿A-A線得到的示例，其中向外部電路施加電壓用于在 第一和第二電極之間施加電壓差。圖6是示出了方法的實現示例的流程圖。
具體實施例方式在很大范圍的最終用途應用中需要能夠將電能轉換為機械能的機電致動器，作為 示例，所述最終用途應用包括迷你機器人和微機器人、微型飛行器、平板擴音器、微機電系 統(tǒng)(MEMQ、微馬達、磁盤驅動器、假肢和微流體裝置。這里提出了一種機電致動器，可以滿足 多個高性能標準，作為示例包括高精度并且高速度的大范圍遷移率、高彈性能密度、用于在 中等電壓差下致動的高介電系數、以及用于持久性和可靠性的低機械疲勞率。另外，這里還 提出了 一種執(zhí)行機電致動的方法。圖1是示出了裝置的實現示例100透視圖。所述裝置100包括第一電極102和第 二電極104。另外，所述裝置包括可極化材料層106，位于所述第一和第二電極102、104之 間。所述可極化材料層106具有由兩個相反的表面103、105之間的箭頭108表示的厚度，例 如所述厚度可以是平均厚度?？蓸O化材料層106具有嵌段共聚體成分，所述共聚體成分包 括彈性域嵌段和導電域嵌段。在所述嵌段共聚體成分中，所述彈性域嵌段物理地中斷所述 導電域嵌段，使得所述導電域嵌段不能橫跨所述厚度108以形成所述第一和第二電極102、 104之間的導電路徑。貫穿該說明書應該這樣理解以下慣例?！皩印北硎拘纬傻牟牧媳倔w，作為示例可以 構造為單層或者可以包括多個子層。當將第一層稱作位于第二層“上面”時，所述第一層可 以覆蓋所述第二層的整個表面，或者只覆蓋所述第二層的一部分表面。諸如“在其上形成” 之類的術語并非傾向于引入對于與層的具體制造方法有關的任何限制，所述制造方法例如 是層轉移、沉積、制造、表面處理、物理、化學或者離子鍵合或反應。在示例中，可極化材料層106可以具有平均厚度108，在中性態(tài)情況下所述平均厚 度范圍在約10微米至約200微米之間。這里，中性態(tài)指的是其中在所述可極化材料層106 的相反兩側103、105上的兩個電極102、104兩端沒有施加電壓差。作為示例，所述第一和第二電極102、104的每一個本身可以具有約25微米或更小 的厚度，按照由箭頭108表示的相同方向測量。作為示例，第一和第二電極102、104以及可極化材料層106可以一起配置用于形 成平板電容器。在一些示例中，所述可極化材料層106位于所述第一和第二電極102、104 之間，使得所述層厚度108響應于在所述第一和第二電極102、104之間電壓差的施加或者 去除而變化。在示例中，所述第一和第二電極102、104可以由包括到導電碳潤滑油(carbon grease)的化合物形成。例如，合適的導電碳潤滑油化合物可以是美國佐治亞州的Kermesaw ITW化學公司商用的。
在所述裝置示例100的操作中，所述第一和第二電極102、104可以通過導體110、 112連接到具有電壓源的外部電路(未示出)。圖1可以表示其中外部電路沒有通電的中性 態(tài)下的裝置示例100。圖2是示出了圖1的裝置示例100的另一個透視圖。圖2可以表示 其中在第一和第二電極102、104之間施加了電壓差而使外部電路通電的致動態(tài)的裝置示 例100。如圖2所示，例如，所施加的電壓差可以引起可極化材料層106沿箭頭202、204表 示的方向收縮。當去除所述電壓差時，所述裝置100可以恢復到如圖1所示的中性態(tài)。因 此在裝置示例100中，如圖2所示，可極化材料層106可以具有小于如圖1所示的平均層厚 度108的平均層厚度206。另外例如如圖2所示，所施加的電壓差可以引起所述可極化材 料層106沿由箭頭208、210、212、214表示的一個或多個方向膨脹而橫向拉伸。在示例中， 可以通過阻擋層(未示出)限制所述可極化材料106的一個或多個邊緣114、116膨脹。因 此，可以作為示例將可極化材料層106的響應于第一和第二電極102、104之間施加的電壓 差的橫向伸長限制于以下范圍內方向208和210 ；方向212和214 ；方向208-214之一。在 改變裝置100的尺寸時厚度減小和橫向伸長都用于將電能轉換為機械能，并且促使所述裝 置100用作機電致動器。例如，可以將所述層106厚度的減小用于沿方向202、204的任一 個或兩個方向產生裝置100的位移，同時可以將層106的橫向伸長用于產生裝置100沿方 向208-214的一個或多個方向的位移。在最終用途示例中，可以將沿方向202、204之一或 兩個方向的收縮和所得到的位移、或者沿方向208-214的一個或多個方向的由膨脹引起的 橫向伸長、或者這兩者一起用于移動流體或物體(未示出)。例如，這種物體(未示出)可 以是裝置的部件，所述裝置例如是迷你機器人、微機器人、微型飛行器、平板擴音器、微機電 系統(tǒng)(MEMQ、微馬達、磁盤驅動器、假肢和微流體器件。例如，當致動所述裝置100時，可以將包括彈性域嵌段和導電域嵌段的可極化材 料層106的嵌段共聚體成分選擇為具有增加的存儲彈性能密度仏。所述彈性能密度與機電 致動器的應力和張力產生能力都有關系。對于具有實質上線性的介電性質和彈性性質的機 電致動器，所存儲的彈性能密度Us可以用共公式(1)表達如下
權利要求
1.一種裝置，包括第一和第二電極；以及位于所述第一和第二電極之間的可極化材料層；其中所述可極化材料具有嵌段共聚體成分，所述嵌段共聚體成分包括彈性域嵌段和導 電域嵌段。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述第一和第二電極以及所述層配置用于形成平 板電容器。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中對所述可極化材料層進行定位，以響應于在所述 第一和第二電極之間施加的電壓差來以改變所述層的尺寸。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述第一和第二電極以及所述可極化材料層具有 相互同心的形狀，所述相互同心的形狀限定了內部通道；以及其中所述裝置適用于響應于 所述電壓差的施加沿所述內部通道推進流體。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中所述彈性域嵌段包括彈性低聚體，并且其中所述 彈性低聚體具有小于約IGPa的特征楊氏模量。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述共聚體是梳狀共聚體，所述共聚體的主鏈包 括所述彈性域嵌段，并且所述共聚體在所述主鏈上間隔開的位置處具有齒邊界，所述齒包 括所述導電域嵌段。
7.一種方法，包括提供具有嵌段共聚體成分的可極化材料層、以及位于所述層的相反表面上的第一和第 二電極，所述嵌段共聚體包括彈性域嵌段和導電域嵌段；以及在所述第一和第二電極之間施加電壓差，引起所述層的尺寸改變。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述施加引起層厚度減小，并且引起所述兩個相 反表面的每一個表面的尺寸增加。
9.根據權利要求7所述的方法，包括利用所述層尺寸的變化來移動流體或物體。
10.根據權利要求7所述的方法，其中所述第一和第二電極以及所述可極化材料層具 有相互同心的形狀，所述相互同心的形狀限定了內部通道，并且所述施加引起沿所述內部 通道推進流體。
全文摘要
一種裝置，包括位于第一和第二電極之間的可極化材料層。所述可極化材料具有嵌段共聚體成分，所述嵌段共聚體成分包括彈性域嵌段和導電域嵌段。方法包括提供具有嵌段共聚體的可極化材料層，所述嵌段共聚體包括彈性域嵌段和導電域嵌段、位于所述層的相反表面上的第一和第二電極；以及在所述第一和第二電極之間施加電壓差，引起所述層的尺寸改變。
文檔編號B81B7/02GK102076600SQ200980125360
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權日2008年6月30日
發(fā)明者阿肖克·J·馬里阿卡爾 申請人:阿爾卡特朗訊美國公司