压力调制致动器及其制作方法与流程

1.本发明涉及器件领域，特别是涉及一种压力调制致动器及其制作方法。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，出现了各种仿生用的致动器。以便于智能控制。但是，现有的致动器灵敏度不高，不易控制，这都制约了压力传感器在仿生领域的应用。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对现有的致动器灵敏度不高，不易控制的问题，提供一种压力调制致动器及其制作方法。
4.一种压力调制致动器，包括：
5.柔性基体；
6.第一导电层，设置于所述柔性基体的表面，所述柔性基体的热膨胀率大于所述第一导电层的热膨胀率；
7.绝缘层，设置于所述第一导电层远离所述柔性基体的表面；以及
8.第二导电层，设置于所述绝缘层远离所述第一导电层的表面，按压所述第二导电层或者所述第一导电层与所述第一导电层接触。
9.在一个实施例中，所述绝缘层设置有通孔，按压所述第二导电层或所述第一导电层时，所述第二导电层通过所述通孔与所述第一导电层接触。
10.在一个实施例中，所述通孔内设置有网状层，所述网状层沿所述绝缘层的延展方向延伸填充所述通孔。
11.在一个实施例中，所述通孔内设置有柔性体，所述柔性体盘旋形成螺旋层，所述螺旋层沿着所述绝缘层的延展方向延伸填充所述通孔。
12.在一个实施例中，由所述通孔的边缘到所述通孔的中心，所述螺旋层的厚度逐渐变薄。
13.在一个实施例中，所述柔性基体和所述第一导电层为u形结构，所述绝缘层和所述第二导电层设置于所述u形结构的另一端。
14.在一个实施例中，所述第一导电层和所述第二导电层包括蚕丝和碳纳米管。
15.在一个实施例中，还包括：
16.第一接电部，与所述第一导电层电连接；
17.第二接电部，与所述第二导电层电连接。
18.一种压力调制致动器的制作方法，包括：
19.提供柔性基体；
20.在柔性基体的表面贴覆第一导电层，所述柔性基体的热膨胀率大于所述第一导电层的热膨胀率；
21.在所述第一导电层远离所述柔性基体的表面贴覆绝缘层；
22.在所述绝缘层远离所述第一导电层的表面贴覆第二导电层。
23.在一个实施例中，所述在柔性基体的表面贴覆第一导电层包括：
24.将蚕丝、碳纳米管和水混合得到悬浊液；
25.通过真空抽滤法，将所述悬浊液抽滤成膜构成预制第一导电层；
26.将所述预制第一导电层干燥得到所述第一导电层。
27.本技术实施例提供的所述压力调制致动器及其制作方法，所述绝缘层设置于所述第一导电层和所述第二导电层之间。当按压所述第二导电层或所述第一导电层时，可以改变所述第二导电层和所述第一导电层之间的距离使得所述第一导电层和所述第二导电层接触。当所述第一接电部和所述第二接电部分别与电源的正负极连接时，电流会流过所述第一导电层、所述第二导电层。此时所述第一导电层和所述柔性基体发热量较大，会发生较大的形变。即通过控制所述第一导电层和所述第二导电层的接触面积，也可以控制所述压力调制致动器的形变程度，容易控制，灵敏度高。
附图说明
28.图1为本技术一个实施例提供的压力调制致动器立体示意图；
29.图2为本技术一个实施例提供的压力调制致动器截面图；
30.图3为本技术一个实施例提供的压力调制致动器立体示意图；
31.图4为本技术一个实施例提供的压力调制致动器弯曲示意图；
32.图5为本技术一个实施例提供的压力调制致动器的绝缘层俯视图；
33.图6为本技术一个实施例提供的压力调制致动器的绝缘层俯视图；
34.图7为本技术一个实施例提供的压力调制致动器的绝缘层截面示意图；
35.图8为本技术一个实施例提供的压力调制致动器示意图。
36.附图标记说明：
37.压力调制致动器 10
38.柔性基体 110
39.第一导电层 120
40.绝缘层 130
41.通孔 132
42.网状层 134
43.柔性体 136
44.螺旋层 138
45.第二导电层 140
46.第一接电部 150
47.第二接电部 160
48.封装层 170
具体实施方式
49.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发
明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
54.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
55.请参见图1和图2，本技术实施例提供一种压力调制致动器10。所述压力调制致动器10包括柔性基体110、第一导电层120、绝缘层130和第二导电层140。所述第一导电层120设置于所述柔性基体110的表面。所述柔性基体110的热膨胀率大于所述第一导电层120的热膨胀率。所述绝缘层130设置于所述第一导电层120远离所述柔性基体110的表面。所述第二导电层140设置于所述绝缘层130远离所述第一导电层120的表面。按压所述第二导电层140或者所述第一导电层120时，所述第二导电层140与所述第一导电层120之间的距离发生变化。
56.所述柔性基体110可以起到支撑的作用。所述柔性基体110可以为具有柔性的高分子材料。在一个实施例中，所述柔性基体110可以为双向拉伸聚丙烯、聚丙烯、聚乙烯、硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯和聚丙烯腈中的一种或两种以上的组合。
57.所述第一导电层120和所述第二导电层140可以用于导电。所述第一导电层120和所述第二导电层140可以平行设置。所述第一导电层120和所述第二导电层140可以为复合
材料。所述第一导电层120和所述第二导电层140中可以具有导电材料或者半导体材料。所述第一导电层120和所述第二导电层140中可以包括石墨、碳纳米管材料等用于导电的材料。
58.在一个实施例中，所述绝缘层130也可以为有机材料。所述柔性基体110可以为向拉伸聚丙烯、聚丙烯、聚乙烯、硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯和聚丙烯腈中的一种或两种以上的组合。在一个实施例中，所述柔性基体110的材料和所述绝缘层130的材料可以相同。
59.请参见图3和图4，可以理解，由于所述柔性基体110的热膨胀率大于所述第一导电层120的热膨胀率。当对所述压力调制致动器10加热时，所述压力调制致动器10温度升高。所述柔性基体110的形变程度大于所述第一导电层120的形变程度，因此所述压力调制致动器10会朝向所述第一导电层120所在的一侧弯曲，起到致动的效果。
60.在一个实施例中，所述第一导电层120和所述第二导电层140中可以具有蚕丝。所述蚕丝在所述第一导电层120和所述第二导电层140中可以为网状结构。所述蚕丝具有良好的柔韧性，同时质地轻薄，所述蚕丝可以增加所述第一导电层120的柔韧性和灵敏度。
61.所述第一导电层120和所述第二导电层140可以作为压力传感结构的两个电极板。所述绝缘层130可以作为所述间隔层。当按压所述第一导电层120或者所述第二导电层140时，所述第一导电层120和所述第二导电层140会迅速发生形变，从而使得所述第一导电层120和所述第二导电层140接触并增大接触面积。当所述第一导电层120和所述第二导电层140分别与电源的正负极连接时，所述第一导电层120中会产生电流。因此，所述第一导电层120会发热。所述第一导电层120通过热传导传递给所述柔性基体110使得所述柔性基体110发热。所述柔性基体110的形变程度大于所述第一导电层120的形变程度。因此所述柔性基体110和所述第一导电层120均朝向所述第一导电层120所在的一侧弯曲。由于所述柔性基体110位于外侧，因此可以通过按压所述柔性基体110按压所述第二导电层140。
62.本技术实施例提供的所述压力调制致动器10，所述绝缘层130设置于所述第一导电层120和所述第二导电层140之间。当按压所述第二导电层140或所述第一导电层120时，可以改变所述第二导电层140和所述第一导电层120之间的距离使得所述第一导电层120和所述第二导电层140接触。当所述第一接电部150和所述第二接电部160分别与电源的正负极连接时，电流会流过所述第一导电层120、所述第二导电层140。此时所述第一导电层120和所述柔性基体110发热量较大，会发生较大的形变。即通过控制所述第一导电层120和所述第二导电层140的接触面积，也可以控制所述压力调制致动器10的形变程度，容易控制，灵敏度高。
63.在一个实施例中，所述绝缘层130可以为中间具有镂空的结构。当按压所述第一导电层120或者所述第二导电层140与所述镂空位置对应的位置时，所述第一导电层120或者所述第二导电层140更容易变形。在一个实施例中，所述绝缘层130可以为回字形结构。即所述第一绝缘层130的中部具有矩形孔。所述第一导电层120和所述第二导电层140的形状可以不限，只要所述第一导电层120和所述第二导电层140有相对应的面积即可。
64.在一个实施例中，所述柔性基体110和所述第一导电层120为u形结构，即所述柔性基体110和所述第一导电层120贴合的整体构成u形结构。所述u形结构的两端可以分别接导
线。电流可以从所述u形结构的一端输入，然后从所述u形结构的另一端输出。当所述压力调制致动器10通过电流发热。从而使得所述u形结构发生弯曲。
65.在一个实施例中，所述压力调制致动器10还包括第一接电部150和第二接电部160。所述第一接电部150与所述第一导电层120电连接。所述第二接电部160与所述第二导电层140电连接。
66.所述第一接电部150和所述第二接电部160可以用于导电。所述第一接电部150和所述第二接电部160可以分别与电源的正负极连接。所述第一接电部150可以为金属或者半导体材料。所述第一接电部150和所述第二接电部160可以为圆柱状结构或者片状结构。
67.在一个实施例中，所述第一导电层120还可以包括碳纳米管和蚕丝。通过将碳纳米管与蚕丝混合可以得到所述第一导电层120。碳纳米管具有质量轻、导电性能好的优点。
68.在一个实施例中，所述第一导电层120和所述第二导电层140的材料相同，所述柔性基体110和所述绝缘层130的材料相同。所述第一导电层120和所述第二导电层140可以均由碳纳米管和蚕丝构成。所述绝缘层130和所述柔性基体110可以均由双向拉伸聚丙烯、聚丙烯、聚乙烯、硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯和聚丙烯腈中的一种或两种以上的组合制成。因此，所述压力调制致动器10选材简单，制作成本低。
69.在一个实施例中，所述第一接电部150在所述u形结构的一端与所述第一导电层120连接。所述绝缘层130和所述第二导电层140设置于所述u形结构的另一端。即所述第二接电部160也设置于所述u形结构的另一端。通过将所述第一接电部150和所述第二接电部160分别与电源的正负极连接通电，可以使得所述u形结构远离所述第一接电部150和所述第二接电部160部分朝向所述第一导电层120所在的一侧弯曲，可以起到良好的致动效果。
70.在一个实施例中，可以将所述柔性基体110和所述第一导电层120贴合，然后裁剪成矩形。所述矩形的尺寸可以为15mm
×
35mm，然后在所述矩形的一边减去2mm
×
30mm的长条部分。此时所述柔性基体110和所述第一导电层120构成u形结构。
71.在一个实施例中，所述绝缘层130设置有通孔132。按压所述第二导电层140时，所述第二导电层140通过所述通孔132与所述第一导电层120接触。所述通孔132的形状可以根据需要设置。所述通孔132可以为矩形、菱形或者圆形。所述第二导电层140通过所述通孔132与所述第一导电层120接触后，所述第一导电层120中的电流也迅速发生变化，所述柔性基体110和所述第一导电层120的温度也迅速变化，从而使所述压力调制致动器10的变形迅速发生变化。通过控制所述第二导电层140和所述第一导电层120在所述通孔132中的接触面积可以改变电流的大小。
72.在一个实施例中，可以理解，所述第一绝缘层130还可以为长条形结构。所述第一绝缘层130设置于所述第一导电层120和所述第二导电层140之间。因此，当按压所述第一导电层120或者所述第二导电层140时，所述第一导电层120和所述第二导电层140可以在所述条状结构的两侧接触。
73.请参见图5，在一个实施例中，所述通孔132内设置有网状层134。所述网状层134沿所述绝缘层130的延展方向延伸填充所述通孔132。所述网状层134可以避免所述第一导电层120和所述第二导电层140之间距离的突变。
74.所述网状层134起到支撑的作用，可以用于增大按压所述第一导电层120或者所述
第二导电层140时的阻力，即可以避免由于用力过大使得所述第一导电层120和所述第二导电层140迅速接触造成接触面积过大形成大电流，使得所述压力调制致动器10的形状发生突变。增大阻力可以降低所述第一导电层120和所述第二导电层140相互靠近时的速率，即可以改变接触面积的变化速率，因此可以便于控制所述压力调制致动器10不同的变形程度。
75.在一个实施例中，所述网状层134可以布满所述通孔132。所述网状层134可以与所述绝缘层130一体成型。进一步地，所述网状层134可以构成矩阵式的网状结构。
76.请参见图6，在一个实施例中，所述通孔132内设置有柔性体136。所述柔性体136盘旋形成螺旋层138。所述螺旋层138沿着所述绝缘层130的延展方向延伸填充所述通孔132。所述柔性体136可以为有机高分子材料。所述柔性体136可以为条状结构。将所述条状结构盘旋可以构成所述螺旋层138。所述螺旋层138可以为一个片状结构。可以理解，所述螺旋层138具有一定的弹性，因此，当按压所述第一导电层120或者所述第二导电层140时，所述螺旋层138在形变后可以迅速恢复原状。便于下次使用。
77.请参见图7，在一个实施例中，由所述通孔132的边缘到所述通孔132的中心，所述螺旋层138的厚度逐渐变薄。即所述螺旋层138的中心的厚度最薄，越靠近所述螺旋层138的边缘，所述螺旋层138的厚度越厚。可以理解，由于所述螺旋层138中间部分容易受到重力下坠，因此，通过减小所述螺旋层138中心部分的厚度，可以避免或者减小所述螺旋层138中间部分下坠变形。
78.请参见图8，在一个实施例中，所述压力调制致动器10还可以包括封装层170。所述封装层170可以将所述第一导电层120靠近所述绝缘层130的部分、绝缘层130和所述第二导电层140封装。所述封装层170起到保护的作用。通过按压所述封装层170与所述第一导电层120对应的部分，或者所述封装层170与所述第二导电层140对应的部分可以使所述压力调制致动器10形成电流通路。当所述压力调制致动器10中通过电流时可以使得所述第一导电层120和所述柔性基体110弯曲。
79.本技术实施例还提供一种压力调制致动器10的制作方法。所述制作方法包括：
80.s10,提供柔性基体110；
81.s20,在柔性基体110的表面贴覆第一导电层120，所述柔性基体110的热膨胀率大于所述第一导电层120的热膨胀率；
82.s30,在所述第一导电层120远离所述柔性基体110的表面贴覆绝缘层130；
83.s40,在所述绝缘层130远离所述第一导电层120的表面贴覆第二导电层120。
84.可以理解，所述柔性基体110、所述第一导电层120和所述第二导电层120可以通过胶体连接，也可以通过机械结构将所述第一导电层120和所述柔性基体110连接。
85.在一个实施例中，所述s20还包括：
86.s210,将蚕丝、碳纳米管和水混合得到悬浊液；
87.s220,通过真空抽滤法，将所述悬浊液抽滤成膜构成预制第一导电层；
88.s230,将所述预制第一导电层干燥得到所述第一导电层120。
89.在s210中，可以选取蚕茧，将所述蚕茧剪成大小约20mm
×
20mm的小块，除去丝胶后得到所述蚕丝。碳纳米管可以制成粉末，水可以为去离子水。然后将所述蚕丝、碳纳米管粉末和去离子水混合，通过超声细胞破碎机超声10分钟，所述超声细胞破碎机的功率可以为
70％，得到所述悬浊液。
90.在一个实施例中，所述碳纳米管可以为10mg-30mg，蚕丝可以为10mg-30mg，去离子水可以为10ml-50ml。
91.在一个实施例中，可以将剪成小块后的蚕茧放入na2co3水溶液中煮1小时-3小时，然后通过反复真空抽滤和洗涤得到去除丝胶的所述蚕丝。然后在50℃-90℃下干燥所述蚕丝。
92.所述s220中，所述真空抽滤法是通过抽气造成的负压加速滤水的方法。通过真空泵和过滤装置配合工作，可以实现真空抽滤。
93.在一个实施例中，在s230中，在50-90℃的温度下干燥可以得到所述第一导电层120。
94.可以理解，所述第二导电层140也可以按照所述第一导电层120的制作方法制作，这里不再赘述。
95.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
96.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。