電致伸縮複合材料及電致伸縮元件的製作方法

2023-05-19 15:41:21

專利名稱：電致伸縮複合材料及電致伸縮元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電致伸縮複合材料及電致伸縮元件，尤其涉及一種具有定向膨脹 特性的電致伸縮複合材料及電致伸縮元件。
背景技術：
電致伸縮材料是在電場、電壓或電流的作用下發生形變產生伸縮運動，從而實現 電能-機械能轉換的一種材料。電致伸縮材料由於類似肌肉的運動形式又被稱為人工肌肉 材料。傳統的電致伸縮材料包括形狀記憶合金、壓電陶瓷、鐵電聚合物等。然而，這些電 致伸縮材料的電致伸縮率較低，且柔韌性較差，與生物肌肉特性相差較遠，不利於用作人工 肌肉。現有技術提供一種電介質彈性體材料。該電介質彈性體材料通常為一矽樹脂或聚 丙酸樹脂橡膠。這種電介質彈性體材料可以提供較高的電致伸縮率，且具有較好的柔韌性， 表現出與生物肌肉相似的特性。實際應用時，可將電介質彈性體材料構成的電介質彈性體 膜設置於兩個平行的金屬電極之間。當在兩個金屬電極之間施加一上千伏特的高壓直流電 壓時，兩電極之間產生的靜電引力在垂直電介質彈性體膜表面的方向上擠壓電介質彈性體 膜，使其在平行電介質彈性體膜表面的平面內向各個方向擴張。關閉電壓，作用在所述電介 質彈性體膜的靜電引力消失，電介質彈性體膜恢復原來形狀。然而，該電介質彈性體膜通常 需要較高的直流電壓(上千伏特)才能工作，提高了其使用成本，限制了其應用。另外，該 電介質彈性體膜膨脹時，其在同一平面內各向同性地膨脹，從而限制了該電介質彈性體材 料的應用。

發明內容
有鑑於此，確有必要提供一種具有定向膨脹特性的電致伸縮複合材料及電致伸縮 元件。一種電致伸縮複合材料，其包括一柔性高分子基體，以及分散在所述柔性高分子 基體中的多個一維導電材料，所述電致伸縮複合材料為片材。所述多個一維導電材料的軸 向基本沿同一方向定向排列。—種電致伸縮複合材料，其包括一柔性高分子基體，以及設置於該柔性高分子 基體當中的多個碳納米管，所述柔性高分子基體為柔性高分子薄膜。所述多個碳納米管通 過範德華力構成至少一碳納米管膜結構，所述多個碳納米管的軸向基本沿同一方向定向排 列。一種電致伸縮元件，其包括一電致伸縮材料，所述電致伸縮材料包括一柔性高分 子基體，以及均勻設置於該柔性高分子基體當中的多個碳納米管；以及一第一電極和一第 二電極，所述第一電極與第二電極間隔設置，並與所述電致伸縮材料電連接；所述多個碳納 米管通過範德華力構成一碳納米管膜結構，該多個碳納米管的軸向基本沿相同的方向定向排列，所述第一電極及第二電極設置於所述電致伸縮材料沿碳納米管軸向方向的兩端。與現有技術相比較，本發明提供的電致伸縮複合材料及電致伸縮元件，包括柔性 高分子基體，以及分散在所述柔性高分子基體中的多個一維導電材料。由於所述多個一維 導電材料在高分子基體中基本沿同一方向定向排列，當在垂直於一維導電材料排列的方向 通電流時，該電致伸縮複合材料僅在垂直於所述多個一維導電材料排列的方向受熱膨脹， 該電致伸縮複合材料及電致伸縮元件的熱膨脹具有定向性，從而可以應用於精確控制器件 中。


圖1為本發明實施例提供的電致伸縮複合材料的立體結構示意圖。圖2為圖1所示的電致伸縮複合材料沿II-II線的剖視圖。圖3為本發明實施例提供的電致伸縮複合材料中採用的碳納米管膜的掃描電鏡 照片。圖4為本發明實施例提供的電致伸縮複合材料伸縮前與通電伸縮後的對比示意 圖。圖5為採用本發明實施例提供的電致伸縮複合材料的電致伸縮元件的立體結構 示意圖。圖6為圖5沿VI-VI線的剖視圖。
具體實施例方式以下將結合附圖詳細說明本發明提供的電致伸縮複合材料及電致伸縮元件。請參考圖1及圖2，本發明實施例提供一種電致伸縮複合材料20，所述電致伸縮復 合材料20為片材，其包括一柔性高分子基體24，及設置於所述柔性高分子基體24中的多 個一維導電材料22。在所述柔性高分子基體24中，所述多個一維導電材料22的軸向基本 相互平行且基本沿同一方向定向排列。所述多個一維導電材料22的軸向沿同一方向定向 排列是指該多個一維導電材料22的長軸的方向沿同一方向排列。所述多個一維導電材料 22基本排列在一個平面內，且平行於所述電致伸縮複合材料20的表面排列。且所述多個 一維導電材料的軸向的排列方向垂直於所述電致伸縮複合材料的厚度方向。具體地，所述 多個一維導電材料22的軸向基本沿一 χ軸方向排列。另外，還定義一個y軸，y軸垂直於χ 軸。χ軸與y軸所在的平面，平行於所述電致伸縮複合材料20的表面。所述柔性高分子基體24為具有一定厚度的片材。所述柔性高分子基體24為柔性 材料構成，該柔性材料導電性不限，只要具有柔性即可。所述柔性高分子基體24的材料為 矽橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、環氧樹脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚 丁二烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩等中的一種或幾種的組合。本實施例中，所述柔 性高分子基體24為一矽橡膠薄膜。所述一維導電材料22為一維結構，所述一維導電材料22在所述電致伸縮複合材 料20中的質量百分含量為0. 50%。具體地，該一維導電材料22包括碳纖維、金屬納 米線、碳納米管及碳納米線中的一種或幾種。該一維導電材料22具有較大的長徑比，且具 有較佳的導電性。優選地，該一維導電材料22為碳納米管。所述碳納米管在所述電致伸縮複合材料20中的質量百分比為0. 1% 3%。具體地，該多個碳納米管組成至少一碳納米管膜結構26，並複合於所述柔性高分 子基體24中構成電致伸縮複合材料20。所述由多個碳納米管組成的碳納米管膜結構26為 一自支撐結構，所謂「自支撐結構」即該碳納米管膜結構26無需通過一支撐體支撐，也能保 持自身特定的形狀。由於該碳納米管膜結構26中大量碳納米管通過範德華力相互吸引，形 成導電網絡，從而使碳納米管膜結構26具有特定的形狀，形成一自支撐結構。進一步地，所 述碳納米管膜結構26中相鄰的碳納米管之間存在間隙，所述柔性高分子基體24的材料浸 潤到碳納米管膜結構26中相鄰的碳納米管之間的間隙當中，該柔性高分子基體24的材料 與碳納米管膜結構26中的碳納米管緊密結合在一起。當所述電致伸縮複合材料20包括多 個碳納米管膜結構26複合於柔性高分子基體24中時，該多個碳納米管膜結構26可相互間 隔地平行設置或層疊設置。該多個碳納米管膜結構26的層數不限，該電致伸縮複合材料20 中碳納米管相互平行，且該碳納米管的軸向均基本沿同一 χ方向排列。所述碳納米管均基 本平行於所述電致伸縮複合材料20的表面。所述χ軸與y軸相互垂直，且在同一平面內。 χ軸與y軸確定的平面與所述碳納米管膜結構26平行。所述碳納米管膜結構26包括至少一個碳納米管膜。當所述碳納米管膜結構26包 括多個碳納米管膜時，該多個碳納米管膜可並排設置或層疊設置，並且該多個碳納米管膜 中的碳納米管的軸向均基本沿同一方向排列。請參閱圖3，該碳納米管膜包括多個碳納米 管，且該多個碳納米管基本相互平行且平行於碳納米管膜的表面。具體地，該碳納米管膜中 的多個碳納米管通過範德華力首尾相連，所述多個碳納米管的軸向基本沿同一方向(χ軸 方向)擇優取向排列。該碳納米管膜的厚度為0.01微米 100微米，其中的碳納米管為單 壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或幾種。當該碳納米管膜中的碳納米 管為單壁碳納米管時，該單壁碳納米管的直徑為0. 5 10納米。當該碳納米管膜中的碳納 米管為雙壁碳納米管時，該雙壁碳納米管的直徑為1.0 20納米。當該碳納米管膜中的碳 納米管為多壁碳納米管時，該多壁碳納米管的直徑為1. 5 50納米。所述碳納米管膜的 面積不限，可根據實際需求製備。當所述碳納米管膜結構26包括多個碳納米管膜層疊設置 時，所述碳納米管膜結構26中相鄰的層疊的碳納米管膜之間通過範德華力緊密連接。所述 碳納米管膜的層數不限，無論多個碳納米管膜為並排設置或層疊設置，該碳納米管膜結構 26中碳納米管的軸向均基本沿同一方向排列。本發明實施例提供的電致伸縮複合材料20工作原理如下將電壓施加於所述電 致伸縮複合材料20沿垂直於所述多個一維導電材料22的軸向排列方向的兩端，並使得該 電致伸縮複合材料20中的電流方向垂直於所述一維導電材料22的軸向排列方向，具體地， 電流方向可沿y軸方向。此時，電流可通過由一維導電材料22組成的導電網絡沿y軸進行 傳輸，並發出焦耳熱。由於一維導電材料22的熱導率很高，從而使得所述電致伸縮複合材 料20的溫度快速升高，進而，使得所述一維導電材料22附近的柔性高分子基體24處於熔 融狀態。隨著溫度的升高，一維導電材料22中的電子更容易越過柔性高分子基體24所形 成的勢壘，因此所述通過電致伸縮複合材料20的電流隨著電致伸縮複合材料20溫度的升 高而增大。熱量快速地向整個電致伸縮複合材料20擴散，引起所述電致伸縮複合材料20 中的柔性高分子基體24以及分散在該柔性高分子基體24中的多個一維導電材料22發生 熱膨脹。
進一步地，由於所述電致伸縮複合材料20中所述多個一維導電材料22的軸向均 基本沿同一方向(X軸方向)排列，在沿著所述多個一維導電材料22軸向的排列方向(X軸 方向)，所述電致伸縮複合材料20的楊氏模量較大；在垂直於所述多個一維導電材料22軸 向的排列方向，即y軸方向，所述電致伸縮複合材料20的楊氏模量較小。故，該電致伸縮復 合材料20呈楊氏模量各向異性。因此，所述電致伸縮複合材料20在應用時，通入沿y軸方 向的電流時，該電致伸縮複合材料20隻在垂直於一維導電材料22軸向排列方向的方向膨 脹，即該電致伸縮複合材料20隻在y軸方向膨脹，因此，該電致伸縮複合材料20的膨脹具 有定向性。所述膨脹方向平行於所述電致伸縮複合材料20的表面。由於該電致伸縮複合 材料20的膨脹具有定向性，其可應用於需要定向膨脹的領域。進一步地，通過控制碳納米管的質量百分比含量可以控制電致伸縮複合材料20 的熱膨脹性能。具體地，所述電致伸縮複合材料20可通過控制碳納米管膜結構26的層數 來控制電致伸縮複合材料20的熱膨脹性能。碳納米管膜結構26的層數越多，碳納米管膜 結構26沿垂直於碳納米管軸向的排列方向楊氏模量越大，但電致伸縮複合材料20膨脹性 能會隨楊氏模量的增加而有所下降。本實施例中，採用200層的碳納米管膜重疊鋪設形成的一層碳納米管膜結構26設 置在矽橡膠柔性基體中構成電致伸縮複合材料20，在電致伸縮複合材料20中的質量百分 比為2%左右。該電致伸縮複合材料20的驅動電壓較低，僅為25V，該電致伸縮複合材料20 升溫到180攝氏度時，在垂直於所述碳納米管軸向排列的方向的膨脹率為2%左右。本實施例中，對該電致伸縮複合材料20進行伸縮特性測量。請參閱圖4，在未通電 時，測得所述長方體電致伸縮複合材料20的原始長度Ll (垂直於碳納米管的軸向的方向上 的長度)為4釐米；施加一 40伏特的電壓2分鐘後，測得所述長方體電致伸縮複合材料20 的長度L2(垂直於碳納米管的軸向的方向上的長度)為4. 1025釐米。通過計算可知，在通 電後，所述長方體電致伸縮複合材料20的長度變化ALSO. 1025釐米。故，所述電致伸縮 複合材料20的伸縮率為通電前後所述電致伸縮複合材料20的長度變化△ L與所述電致伸 縮複合材料20的原始長度Ll的比值，即2. 5%。本發明實施例中，碳納米管膜結構26的製備方法，可通過以下步驟實現首先，提供一碳納米管陣列。本發明實施例提供的碳納米管陣列為單壁碳納米管陣列、雙壁碳納米管陣列及多 壁碳納米管陣列中的一種或多種。本實施例中，該碳納米管陣列的製備方法採用化學氣相 沉積法，其具體步驟包括(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型矽基底，或選用形 成有氧化層的矽基底，本實施例優選為採用4英寸的矽基底；(b)在基底表面均勻形成一催 化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將 所述形成有催化劑層的基底在700 900°C的空氣中退火約30分鐘 90分鐘；(d)將處理 過的基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500 740°C，然後通入碳源氣體反應約 5 30分鐘，生長得到碳納米管陣列，其高度為100微米 1毫米。該碳納米管陣列為多個 彼此平行且垂直於基底生長的碳納米管形成的純碳納米管陣列。通過所述控制生長條件， 該碳納米管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該碳納米管 陣列中的碳納米管彼此通過範德華力緊密接觸形成陣列。該碳納米管陣列的表面積與所述 基底面積基本相同。
所述碳源氣可選用乙炔、乙烯、甲烷等化學性質較活潑的碳氫化合物，所述保護氣 體為氮氣或惰性氣體。本實施例優選的碳源氣為乙炔，優選的保護氣體為氬氣。可以理解，本實施例提供的碳納米管陣列不限於所述製備方法。也可為石墨電極 恆流電弧放電沉積法、雷射蒸發沉積法等。其次，採用一拉伸工 具從碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米管膜，具體包括以下 步驟(a)從所述碳納米管陣列中選定一個或具有一定寬度的多個碳納米管，本實施例優 選為採用具有一定寬度的膠帶、鑷子或夾子接觸碳納米管陣列以選定一個或具有一定寬度 的多個碳納米管；(b)以一定速度拉伸該選定的碳納米管，從而形成首尾相連的多個碳納 米管片段，進而形成一連續的碳納米管膜。該拉取方向沿基本垂直於碳納米管陣列的生長 方向。在所述拉伸過程中，該多個碳納米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底 的同時，由於範德華力作用，該選定的多個碳納米管片段分別與其它碳納米管片段首尾相 連地連續地被拉出，從而形成一連續、均勻且具有一定寬度的碳納米管膜。該碳納米管膜包 括多個首尾相連且基本沿同一方向排列的碳納米管，該碳納米管的排列方向與所述拉伸方 向相同。該直接拉伸獲得的碳納米管膜包括多個沿同一方向擇優取向排列的碳納米管，比 無序的碳納米管膜具有更好的均勻性。同時該直接拉伸獲得碳納米管膜的方法，具有簡單 快速，適宜進行工業化應用的優點。可以理解，由於本實施例碳納米管陣列中的碳納米管非常純淨，且由於碳納米管 本身的比表面積非常大，所以該碳納米管膜本身具有較強的粘性。最後，提供一支撐體，將所述至少兩個碳納米管膜層疊鋪設於所述支撐體，並使得 相鄰的碳納米管膜中的碳納米管的排列方向相互平行，獲得一碳納米管膜結構26。所述支撐體可以為一基板，也可選用一框架結構。由於本實施例提供的碳納米管 陣列中的碳納米管非常純淨，且碳納米管本身的比表面積非常大，所以該碳納米管膜具有 較強的粘性，該碳納米管膜可利用其本身的粘性直接粘附於基板或框架。可以將多個碳納 米管膜層疊粘附在基板或框架上，並使得相鄰的碳納米管膜的碳納米管的排列方向相互平 行，基板或框架以外多餘的碳納米管膜部分可以用小刀刮去。去除基板或框架，即得到一碳 納米管膜結構26。該碳納米管膜結構26包括多個碳納米管，所述多個碳納米管基本沿同一 個方向定向排列。本實施例中，將200層碳納米管膜鋪設於所述支撐體上，從而獲得一碳納 米管膜結構26。本實施例中，進一步還可以包括用有機溶劑處理碳納米管膜結構26的步驟，該有 機溶劑為揮發性有機溶劑，可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等，本實施例中的有機 溶劑採用乙醇。該使用有機溶劑處理的步驟可通過試管將有機溶劑滴落在碳納米管膜結構 26表面浸潤整個碳納米管膜結構26，或者，也可將所述形成有碳納米管膜結構26的基板或 固定框架整個浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。待溶劑滲透至基板表面後，將碳納米管膜 結構26的一端用小刀翹起，從而可以將整個碳納米管膜結構26從基板或固定框架表面取 下。所述的碳納米管膜結構26經有機溶劑浸潤處理後，在揮發性有機溶劑的表面張力的作 用下，碳納米管膜中平行的碳納米管片斷會部分聚集成碳納米管束。因此，該碳納米管膜結 構26表面體積比小，且具有良好的機械強度及韌性。請參閱圖5及圖6，本發明實施例提供一種採用所述電致伸縮複合材料20的電致伸縮元件40，其包括一電致伸縮複合材料20、一第一電極42以及一第二電極44。所述電致伸縮複合材料20為具有一定厚度的片材。所述電致伸縮複合材料20包括一柔性高分子基體24，以及均勻設置於該柔性高 分子基體24當中的多個一維導電材料22。所述多個一維導電材料22的軸向沿同一方向 (即χ軸方向)定向排列。所述多個一維導電材料22的軸向沿同一方向定向排列是指該 多個一維導電材料22長軸的方向沿同一方向(即χ軸方向)排列。所述第一電極42與第 二電極44間隔設置，並於所述電致伸縮複合材料20電連接。具體應用時，沿著垂直於該多 個一維導電材料22軸向排列的方向(即χ軸方向)通入電流，該多個一維導電材料22通 電後發熱。該電致伸縮複合材料20僅在垂直於所述多個一維導電材料22軸向排列的方向 (即χ軸方向)受熱膨脹。所述柔性高分子基體24的材料為矽橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、環氧樹脂、 聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩等 中的一種或幾種的組合。本實施例中，所述柔性高分子基體24的材料為矽橡膠薄膜。所述一維導電材料22為碳纖維、金屬納米線、碳納米管及碳納米線中的一種或幾 種。所述多個一維導電材料22具有長徑比較大，導電性較強的特點。本實施例中，所述一 維導電材料22為碳納米管。在所述柔性高分子基體24中，所述多個碳納米管的軸向基本 沿同一方向定向排列，並形成一碳納米管膜結構26。所述柔性高分子基體24的材料浸潤到 碳納米管膜結構26中相鄰的碳納米管之間的間隙當中，該柔性高分子基體24的材料與碳 納米管膜結構26中的碳納米管緊密結合在一起。所述碳納米管在所述電致伸縮複合材料 20中的質量百分比為0. 3%。，由於碳納米管具有很大的長徑比，較好的導電性，以及 較高的強度。本實施例中，包括碳納米管的電致伸縮複合材料20的電致伸縮元件40具有 強度高，導電性好的優點。所述碳納米管膜結構26由一個碳納米管膜或多個平行且重疊的碳納米管膜構 成，該碳納米管膜包括多個擇優取向排列的碳納米管，且該多個碳納米管的軸向具有一個 基本相同的排列方向。所述碳納米管膜結構26中相鄰的層疊的碳納米管膜之間通過範德 華力緊密連接。本實施例中，平行的碳納米管膜或者碳納米管膜平行指的是所有碳納米管 膜中的碳納米管的軸向具有一個基本相同的排列方向。具體地，所述碳納米管膜結構26中 的碳納米管的軸向基本沿χ軸方向排列。所述第一電極42及第二電極44間隔設置，並於所述電致伸縮複合材料20電連 接。所述第一電極42及第二電極44為長條形金屬，其可以設置於電致伸縮複合材料20中， 也可以設置於所述電致伸縮複合材料20兩端。只要保證通入所述電致伸縮複合材料20的 電流方向垂直於所述多個一維導電材料22軸向的排列方向即可。本實施例中，所述第一電 極42及第二電極44為銅片，所述銅片設置於所述電致伸縮複合材料20兩端，電流方向沿 y軸方向。由於本實施例中的碳納米管膜結構26在電致伸縮複合材料20中分布較為均勻， 因此，所述電致伸縮複合材料20的響應速度較快。因為在垂直於碳納米管的軸向的排列方 向所述電致伸縮複合材料20的楊氏模量較小，而沿著碳納米管的軸向的定向排列方向所 述電致伸縮複合材料20的楊氏模量較大。該電致伸縮複合材料20通電後受熱膨脹時，在 楊氏模量較小的方向上較容易形變，在楊氏模量較大的方向形變比較困難。因此，所述電致伸縮複合材料20隻在垂直於碳納米管軸向排列的方向(楊氏模量較小的方向)膨脹。該電致伸縮複合材料20的膨脹具有定向性。因此，該電致伸縮元件40的膨脹具有定向性。本發明實施例所述的電致伸縮複合材料及採用所述電致伸縮複合材料的電致伸 縮元件具有以下優點本發明實施例提供的電致伸縮複合材料及採用所述電致伸縮複合材 料的電致伸縮元件，包括柔性高分子基體，以及分散在所述柔性高分子基體中的多個一維 導電材料，由於所述多個一維導電材料的軸向在高分子基體中基本沿同一方向定向排列， 當在垂直於所述多個一維導電材料軸向排列的方向通電流時，該電致伸縮複合材料及採用 所述電致伸縮複合材料的電致伸縮元件僅在垂直於一維導電材料軸向排列的方向受熱膨 脹，該電致伸縮複合材料及採用所述電致伸縮複合材料的電致伸縮元件的熱膨脹具有定向 性，從而可以應用於某些精確控制器件中。另外，本領域技術人員還可以在本發明精神內做其它變化，當然，這些依據本發明 精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。
權利要求
一種電致伸縮複合材料，其包括一柔性高分子基體，以及分散在所述柔性高分子基體中的多個一維導電材料，所述電致伸縮複合材料為片材，其特徵在於，所述多個一維導電材料的軸向基本沿同一方向定向排列。
2.如權利要求1所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，當沿垂直於所述多個一維導 電材料的軸向的排列方向通電流時，該電致伸縮複合材料沿垂直於所述多個一維導電材料 軸向排列的方向膨脹。
3.如權利要求1所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述多個一維導電材料包括 碳纖維、金屬納米線、碳納米管及碳納米線中的一種或幾種。
4.如權利要求1所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述多個一維導電材料基本 平行於所述電致伸縮複合材料的表面，且所述多個一維導電材料的軸向的排列方向垂直於 所述電致伸縮複合材料的厚度方向。
5.一種電致伸縮複合材料，其包括一柔性高分子基體，以及設置於該柔性高分子基 體當中的多個碳納米管，所述柔性高分子基體為柔性高分子薄膜，其特徵在於，所述多個碳 納米管通過範德華力構成至少一碳納米管膜結構，所述多個碳納米管的軸向基本沿同一方 向定向排列。
6.如權利要求5所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述碳納米管膜結構中相鄰 的碳納米管之間形成有多個間隙。
7.如權利要求6所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述柔性高分子基體的材料 浸潤到碳納米管膜結構中相鄰的碳納米管之間的間隙當中，柔性高分子基體的材料與碳納 米管膜結構中的碳納米管緊密結合在一起。
8.如權利要求5所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述碳納米管膜結構包括至 少一碳納米管膜，該碳納米管膜中的碳納米管基本平行且平行於碳納米管膜的表面。
9.如權利要求8所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述碳納米管膜中的碳納米 管通過範德華力首尾相連，且基本沿同一方向擇優取向排列。
10.如權利要求8所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述碳納米管膜結構包括多 個碳納米管膜層疊設置，該多個碳納米管膜中的碳納米管的軸向均基本沿同一方向排列。
11.如權利要求5所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述電致伸縮複合材料包括 多個碳納米管膜結構相互平行且間隔設置，該多個碳納米管膜結構中的碳納米管的軸向均 基本沿同一方向排列。
12.如權利要求5所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述碳納米管在所述電致伸 縮複合材料中的質量百分比為0. 3%。
13.如權利要求5所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，當沿與所述碳納米管軸向的 排列方向垂直的方向通電流時，該電致伸縮複合材料沿與所述碳納米管軸向的排列方向垂 直的方向膨脹。
14.如權利要求1或5所述的電致伸縮複合材料，其特徵在於，所述柔性高分子基體材 料包括矽橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、環氧樹脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯 乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩中的一種或幾種的組合。
15.一種電致伸縮元件，其包括一電致伸縮材料，所述電致伸縮材料包括一柔性高分子基體，以及均勻設置於該柔性高分子基體當中的多個碳納米管；以及一第一電極和一第二電極，所述第一電極與第二電極間隔設置，並於所述電致伸 縮材料電連接；其特徵在於，所述多個碳納米管通過範德華力構成一碳納米管膜結構，該多個碳納米 管的軸向基本沿相同的方向定向排列，所述第一電極及第二電極設置於所述電致伸縮材料 沿碳納米管軸向方向的兩端。
16.如權利要求15所述的電致伸縮元件，其中，所述奈米碳管膜結構包括至少一個奈 米碳管膜，該奈米碳管膜包括多個首尾相連且軸向基本沿相同方向定向排列的奈米碳管。
17.如權利要求16所述的電致伸縮元件，其中，所述奈米碳管膜結構包括多個重迭設 置奈米碳管膜，所述多個奈米碳管膜通過範德華力相結合，所述多個奈米碳管膜中奈米碳 管的軸向基本沿相同的方向定向排列。
全文摘要
一種電致伸縮複合材料，所述電致伸縮複合材料為片材，其包括一柔性高分子基體，以及分散在所述柔性高分子基體中的多個一維導電材料，所述多個一維導電材料的軸向基本沿同一方向定向排列。該電致伸縮複合材料可用於人工肌肉或致動器等領域。
文檔編號H01L41/083GK101958394SQ20091010879
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月17日 優先權日2009年7月17日
發明者劉長洪, 王佳平, 範守善, 陳魯卓 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司