致動器的制造方法
【專利摘要】為了解決在層之間產(chǎn)生空隙的問題，本發(fā)明提供了一種致動器，包括：導(dǎo)電聚合物層31；環(huán)境溫度熔鹽層35；以及相對電極層34；其中，環(huán)境溫度熔鹽層35被插入在導(dǎo)電聚合物層31與相對電極層34之間，環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)側(cè)的粘合層33；粘合層33的一個表面粘合到導(dǎo)電聚合物層31；并且粘合層33的另一表面粘合到相對電極層34。
【專利說明】致動器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及致動器。
【背景技術(shù)】
[0002]專利文獻(xiàn)I公開了一種致動器，包括:導(dǎo)電聚合物層、環(huán)境溫度熔鹽層和電極層。更具體地，參見專利文獻(xiàn)I中包括的圖13B。
[0003]圖1示出了非專利文獻(xiàn)I中示出的致動器I的示意性橫截面圖。致動器I包括層壓層21。圖1中所不的致動器I包括兩個層壓層21a_21b。
[0004]層壓層21a包括導(dǎo)電聚合物層31、相對電極層34和環(huán)境溫度熔鹽層35。圖1中所不的層壓層21a包括第一導(dǎo)電聚合物層31a、第一環(huán)境溫度熔鹽層35a、相對電極層34、第二環(huán)境溫度熔鹽層35b和第二導(dǎo)電聚合物層31b。
[0005]支撐層32形成在層壓層21a的正面和反面上。更具體地，第一支撐層32a和第二支撐層32b分別形成在層壓層21a的正面和反面上。
[0006]層壓層21a (在下文中稱作“第一層壓層21a”)堆疊且層壓在層壓層21b (在下文中稱作“第二層壓層21b”)上。粘合膜36被插入在兩個層壓層21a與21b之間。粘合膜36被插入在第一層壓層21a中包含的第二支撐層32b與第二層壓層21b中包含的第一支撐層32a之間以將這些層相互粘合。
[0007]每一個導(dǎo)電聚合物層31電連接到在致動器I的一側(cè)上設(shè)置的第一電極26。每一個相對電極層34電連接到在致動器I的另一側(cè)上設(shè)置的第二電極27。
[0008][引用列表]
[0009][專利文獻(xiàn)]
[0010][專利文獻(xiàn)I]美國專利N0.7，679，268 (對應(yīng)于日本專利N0.3959104)
[0011][非專利文獻(xiàn)]
[0012][非專利文獻(xiàn) 1]M.Hiraoka et al." HIGH PRESSURE PUMP AS LAB ON CHIPCOMPONENT FOR MICRO-FLUIDIC INTEGRATED SYSTEM"，IEEE MEMS201 ITechnical Journal,1139-1142

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013][技術(shù)問題]
[0014]通過第一電極26和第二電極27,負(fù)電壓和正電壓被分別施加到導(dǎo)電聚合物層31和相對電極層34。當(dāng)施加該電壓差時，導(dǎo)電聚合物層31的厚度增加。這是因?yàn)殛栯x子從環(huán)境溫度熔鹽層35移動到導(dǎo)電聚合物層31。
[0015]然后，正電壓和負(fù)電壓被分別施加到導(dǎo)電聚合物層31和相對電極層34。當(dāng)施加該電壓差時，導(dǎo)電聚合物層31的厚度減小以使致動器I返回其原始狀態(tài)。這是因?yàn)殛栯x子從導(dǎo)電聚合物層31移動到環(huán)境溫度熔鹽層35。致動器I以這種方式操作。
[0016]然而，如圖2中所示，當(dāng)導(dǎo)電聚合物層31的厚度的增加和減小重復(fù)時，在這些層之間產(chǎn)生了空隙。由于該空隙，陽離子難以在導(dǎo)電聚合物層31與環(huán)境溫度熔鹽層35之間移動。因此，致動器I不能操作。
[0017]本發(fā)明的目的是提供解決該問題的致動器。
[0018][問題的解決方案]
[0019]涉及下面的項(xiàng)I至6的本發(fā)明解決了上面提到的問題。
[0020]1.一種致動器，包括:
[0021]導(dǎo)電聚合物層31;
[0022]環(huán)境溫度熔鹽層35 ；以及
[0023]相對電極層34 ;其中，
[0024]所述環(huán)境溫度熔鹽層35被插入在所述導(dǎo)電聚合物層31與所述相對電極層34之間，
[0025]所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的粘合層33 ；
[0026]所述粘合層33的一個表面粘合到所述導(dǎo)電聚合物層31 ;以及
[0027]所述粘合層33的另一個表面粘合到所述相對電極層34。
[0028]2.根據(jù)項(xiàng)I所述的致動器，其中，
[0029]所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的多個粘合層33 ;以及
[0030]當(dāng)在透視頂視圖中觀察時，所述多個粘合層33散布在所述環(huán)境溫度熔鹽層35中。
[0031]3.一種用于驅(qū)動致動器的方法，所述方法包括:
[0032](a)制備所述致動器，所述致動器包括:
[0033]導(dǎo)電聚合物層31;
[0034]環(huán)&溫度溶鹽層35 ；以及
[0035]相對電極層34 ;其中，
[0036]所述環(huán)境溫度熔鹽層35被插入在所述導(dǎo)電聚合物層31與所述相對電極層34之間，
[0037]所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的粘合層33 ；
[0038]所述粘合層33的一個表面粘合到所述導(dǎo)電聚合物層31 ;以及
[0039]所述粘合層33的另一個表面粘合到所述相對電極層34 ；
[0040](b)將負(fù)電壓和正電壓分別施加到所述導(dǎo)電聚合物層31和所述相對電極層34，以增加所述導(dǎo)電聚合物層31的厚度；以及
[0041](c)將正電壓和負(fù)電壓分別施加到所述導(dǎo)電聚合物層31和所述相對電極層34，以減小所述導(dǎo)電聚合物層31的厚度。
[0042]4.根據(jù)項(xiàng)3所述的方法，其中，
[0043]所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的多個粘合層33 ;以及
[0044]當(dāng)在透視頂視圖中觀察時，所述多個粘合層33散布在所述環(huán)境溫度熔鹽層35中。
[0045]5.一種用于控制流過流通道8的流體的流動的方法，所述方法包括:
[0046](a)制備所述致動器，所述致動器包括:
[0047]導(dǎo)電聚合物層31;
[0048]環(huán)&溫度溶鹽層35 ；以及
[0049]相對電極層34 ;其中，[0050]所述環(huán)境溫度熔鹽層35被插入在所述導(dǎo)電聚合物層31與所述相對電極層34之間，
[0051]所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的粘合層33 ；
[0052]所述粘合層33的一個表面粘合到所述導(dǎo)電聚合物層31 ;以及
[0053]所述粘合層33的另一個表面粘合到所述相對電極層34 ；
[0054](b)將正電壓和負(fù)電壓分別施加到所述導(dǎo)電聚合物層31和所述相對電極層34,以通過增加所述導(dǎo)電聚合物層31的厚度來停止流過所述流通道8的流體的流動；以及
[0055](c)將負(fù)電壓和正電壓分別施加到所述導(dǎo)電聚合物層31和所述相對電極層34，以通過減小所述導(dǎo)電聚合物層31的厚度來使所述流體流過所述流通道8。
[0056]6.根據(jù)項(xiàng)5所述的方法，其中，
[0057]所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的多個粘合層33 ;以及
[0058]當(dāng)在透視頂視圖中觀察時，所述多個粘合層33散布在所述環(huán)境溫度熔鹽層35中。
[0059]7.根據(jù)項(xiàng)5所述的方法，其中，
[0060]所述致動器I設(shè)置在基板9上；
[0061]在所述步驟(b)中，使所述致動器I的底面與所述致動器I接觸；以及
[0062]在所述步驟(C)中，使所述致動器I的所述底面與所述致動器I分離。
[0063][本發(fā)明的有利效果]
[0064]在根據(jù)本發(fā)明的致動器中，粘合層33防止了在層之間產(chǎn)生引起致動器故障的空隙。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0065][圖1]
[0066]圖1示出了傳統(tǒng)致動器的橫截面圖。
[0067][圖2]
[0068]圖2示出了傳統(tǒng)致動器的橫截面圖。
[0069][圖3]
[0070]圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的致動器的橫截面圖。
[0071][圖4]
[0072]圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的致動器的橫截面圖。
[0073][圖5]
[0074]圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的閥的橫截面圖。
[0075][圖6A]
[0076]圖6A示出了根據(jù)實(shí)施例用于制造致動器的方法的一個步驟中的橫截面圖。
[0077][圖6B]
[0078]圖6B示出了圖6A之后的步驟中的橫截面圖。
[0079][圖6C]
[0080]圖6C示出了圖6B之后的步驟中的橫截面圖。
[0081][圖6D]
[0082]圖6D示出了圖6C之后的步驟中的橫截面圖。[0083][圖7A]
[0084]圖7A示出了根據(jù)實(shí)施例用于制造致動器的方法的一個步驟中的橫截面圖。
[0085][圖 7B]
[0086]圖7B示出了圖6D之后的步驟中的橫截面圖。
[0087][圖7C]
[0088]圖7C示出了圖7A之后的步驟中的橫截面圖。
[0089][圖7D]
[0090]圖7D示出了圖7B和圖7C之后的步驟中的橫截面圖。
[0091][圖8A]
[0092]圖8A示出了圖7D之后的步驟中的橫截面圖。
[0093][圖8B]
[0094]圖8B示出了圖8A之后的步驟中的橫截面圖。
[0095][圖8C]
[0096]圖8C示出了圖8B之后的步驟中的橫截面圖。
[0097][圖8D]
[0098]圖8D示出了圖8C之后的步驟中的橫截面圖。
[0099][圖9]
[0100]圖9示出了環(huán)境溫度熔鹽層35的內(nèi)部的透視頂視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0101]在下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。在下面的描述中，通過相同的附圖標(biāo)記指定相同的組件，因此省略重復(fù)描述。
[0102]如圖3中所示，粘合層33被添加到致動器I中包含的環(huán)境溫度熔鹽層35。換言之，環(huán)境溫度熔鹽層35在其內(nèi)部包括粘合層33。粘合層33可以具有電絕緣特性。
[0103]粘合層33的一個表面粘合到導(dǎo)電聚合物層31。粘合層33的另一個表面粘合到相對電極層34。粘合層33的數(shù)量可以為一個或更多個。
[0104]通過第一電極26和第二電極27,負(fù)電壓和正電壓被分別施加到導(dǎo)電聚合物層31和相對電極層34。如圖4中所示，當(dāng)施加該電壓差時，導(dǎo)電聚合物層31的厚度在導(dǎo)電聚合物層31的法線方向上增加。然后，當(dāng)正電壓和負(fù)電壓被分別施加到導(dǎo)電聚合物層31和相對電極層34時，導(dǎo)電聚合物層31的厚度減小以使致動器I返回到如圖3中所示的原始狀態(tài)。
[0105]與圖2中所示的情況不同，由于粘合層33而不會產(chǎn)生空隙。
[0106]如圖4中所示，優(yōu)選的是，導(dǎo)電聚合物層31、支撐層32和粘合膜36均具有柔性以跟隨導(dǎo)電聚合物層31的增加和減小。
[0107]如圖9中所示，當(dāng)在透視頂視圖中觀察環(huán)境溫度熔鹽層35時，優(yōu)選地，多個粘合層33被放置為散布在環(huán)境溫度熔鹽層35的內(nèi)部。
[0108]導(dǎo)電聚合物層31的適合材料的示例是聚吡咯/雙(三氟甲基)酰亞胺。
[0109]適合的粘合層33的示例是基于環(huán)氧化物的粘合劑。
[0110]環(huán)境溫度熔鹽層35的適合材料的示例是1-乙基-3-甲基咪唑/雙(三氟甲基)酰亞胺。
[0111]相對電極層34的適合材料的示例是聚吡咯/十二烷基苯磺酸。
[0112]然后，將描述用于使用致動器I控制流體流動的方法。
[0113]如圖5中所示，在基板9上布置兩個壁4。致動器I固定在這兩個壁4之間。在基板9與致動器I的底面之間形成流通道8。代替圖5中所示的示例，在基板的表面上形成槽以在基板上提供流通道。注意，圖5未示出致動器I的細(xì)節(jié)，例如，導(dǎo)電聚合物層31。
[0114]負(fù)電壓和正電壓被分別施加到導(dǎo)電聚合物層31和相對電極層34上，以增加導(dǎo)電聚合物層31的厚度。因?yàn)槭怪聞悠鱅的底面與基板9接觸，因此流過流通道8的流體的流動停止。
[0115]然后，正電壓和負(fù)電壓被分別施加到導(dǎo)電聚合物層31和相對電極層34，以減小導(dǎo)電聚合物層31的厚度。因?yàn)閷?dǎo)電聚合物層31的底面與基板分離，因此流體流過流通道8。
[0116](示例)
[0117]下面的示例更詳細(xì)地描述了本發(fā)明。
[0118](示例I)
[0119]如圖6A中所示，制備導(dǎo)電聚合物層31。根據(jù)在非專利文獻(xiàn)I中公開的方法使用由1-乙基-3-甲基咪唑/雙(三氟甲基)酰亞胺(在下文中稱作“EMI/TFSI”)組成的離子液體作為溶劑制造該導(dǎo)電聚合物層31。用于制造導(dǎo)電聚合物層31的化學(xué)試劑是從SigmaAldrich公司購買的。
[0120]導(dǎo)電聚合物層31是由聚吡咯/雙(三氟甲基)酰亞胺(在下文中稱作“PPy/TFSI”)形成的。導(dǎo)電聚合物層31的長度為20毫米、寬度為20毫米、厚度為70微米。
[0121]然后，如圖6B中所示，支撐層32形成在導(dǎo)電聚合物層31上。更具體地，通過濺射將由鎢和鈦構(gòu)成的合金層(厚度:20納米)形成在導(dǎo)電聚合物層31上。然后，通過濺射堆疊厚度為150納米的金層。通過這種方式，形成支撐層32。
[0122]如圖6C中所示，使用基于環(huán)氧化物的粘合劑(從Namics公司購買的)，以兩個支撐層32彼此面對的方式粘合均具有支撐層32的兩個導(dǎo)電聚合物層31。該粘合劑對應(yīng)于粘合膜36。接下來，使用YAG激光設(shè)備切割導(dǎo)電聚合物層31的兩個側(cè)端，如圖6D中所示。
[0123]同時，制備相對電極層34，如圖7A中所示。通過與導(dǎo)電聚合物層31的方式類似的方式來制造該相對電極層34。
[0124]相對電極層34是由聚吡咯/十二烷基苯磺酸(在下文中稱作“PPy/DBS”)形成的。
[0125]然后，如圖7B中所示，粘合層33形成在導(dǎo)電聚合物層31上。與圖7B的情況類似，粘合層33也形成在相對電極層34上，如圖7C中所示。下面將描述形成粘合層33的細(xì)節(jié)。
[0126]通過絲網(wǎng)印刷法形成每一個粘合層33。在絲網(wǎng)印刷法中，使用與圖9相對應(yīng)的鎳掩模(厚度:20微米)。該掩模具有多個圓形通孔。每一個圓形通孔的半徑為40微米。在兩個相鄰?fù)椎闹行闹g插入的距離為260微米。
[0127]通過絲網(wǎng)印刷法將液體粘合劑施于導(dǎo)電聚合物層31和相對電極層34上。然后，使粘合劑在保持在120攝氏度的烤箱中暫時彎曲I分鐘。在該階段，粘合層33的半徑為45至50微米，并且高度約為16微米。
[0128]然后，交替堆疊圖7B中所示的多個導(dǎo)電聚合物層31和圖7C中所示的多個相對電極層34以形成如圖7D中所示的層壓結(jié)構(gòu)。
[0129]將250克的砝碼放置在層壓結(jié)構(gòu)的頂面上。然后，使層壓結(jié)構(gòu)在維持在120攝氏度的烤箱中保持9分鐘，以使粘合劑完全固化。此后，從頂面上移除砝碼。
[0130]將銀膏施于由此獲得的層壓結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，以形成第一電極26和第二電極27，如圖8A中所示。第一電極26電連接到導(dǎo)電聚合物層31。第二電極27電連接到相對電極層34。
[0131]然后，如圖8B中所不,將層壓結(jié)構(gòu)放直在殼20中。然后，使用粘合劑(從Namics公司購買的)將板22和橡膠片23固定在層壓結(jié)構(gòu)的底面上。板22是由厚度為0.5毫米的石英玻璃板形成的。橡膠片23是由厚度為0.1毫米的硅橡膠片形成的。
[0132]如圖8C中所示，使用粘合劑(從Huntsman Advanced Materials購買的，商號:Araldite Standard)將蓋24固定到殼20。蓋24是由石英玻璃構(gòu)成。使用粘合劑(從Namics公司購買的)將層壓結(jié)構(gòu)固定到蓋24。
[0133]最后，如圖8D中所示，通過形成在蓋子24中的通孔25將EMI/TFSI環(huán)境溫度熔鹽(從Sigma Aldrich公司購買的)注入殼20中。使用該EMI/TFSI環(huán)境溫度熔鹽來填充殼
20。通過這種方式，形成環(huán)境溫度熔鹽層35。
[0134]通過第一電極26和第二電極27，在導(dǎo)電聚合物層31與對電極34之間施加電壓差。更具體地，在導(dǎo)電聚合物層31與對電極34之間交替地施加循環(huán)偏置電壓-3.0伏特(持續(xù)100秒)和+3.7伏特(持續(xù)120秒)十小時。十小時之后，在層之間不會觀測到空隙。
[0135](比較示例)
[0136]除了不形成粘合層33之外，與該示例的情況類似地形成致動器。接下來，與該示例類似地將脈沖波施加到該致動器。然而，在施加脈沖波之后，在層之間觀測到空隙。
[0137][工業(yè)實(shí)用性]
[0138]根據(jù)本發(fā)明的致動器可以在生物傳感器中使用。
[0139][附圖標(biāo)記列表]
[0140]1:致動器
[0141]21:層壓層
[0142]21a:弟一層壓層
[0143]21b:第二層壓層
[0144]26:第一電極
[0145]27:第二電極
[0146]31:導(dǎo)電聚合物層
[0147]31a:第一導(dǎo)電聚合物層
[0148]31b:第二導(dǎo)電聚合物層
[0149]32:支撐層
[0150]32a:第一支撐層
[0151]32b:第二支撐層
[0152]33:粘合層
[0153]34:相對電極層
[0154]35:環(huán)境溫度熔鹽層[0155]36:粘合膜
[0156]4:壁
[0157]8:流通道
[0158]9:基板
[0159]11:閥
[0160]20:殼
[0161]22:平板
[0162]23:橡膠板
[0163]24:蓋
[0164]25:通孔
【權(quán)利要求】
1.一種致動器，包括: 導(dǎo)電聚合物層31 ； 環(huán)境溫度熔鹽層35;以及 相對電極層34 ;其中， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35被插入在所述導(dǎo)電聚合物層31與所述相對電極層34之間， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的粘合層33 ； 所述粘合層33的一個表面粘合到所述導(dǎo)電聚合物層31 ;以及 所述粘合層33的另一個表面粘合到所述相對電極層34。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的多個粘合層33 ;以及 當(dāng)在透視頂視圖中觀察時，所述多個粘合層33散布在所述環(huán)境溫度熔鹽層35中。
3.一種用于驅(qū)動致動器的方法，所述方法包括: (a)制備所述致動器，所述致動器包括: 導(dǎo)電聚合物層31 ； 環(huán)境溫度熔鹽層35;以及 相對電極層34 ;其中， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35被插入在所述導(dǎo)電聚合物層31與所述相對電極層34之間， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的粘合層33 ； 所述粘合層33的一個表面粘合到所述導(dǎo)電聚合物層31 ;以及 所述粘合層33的另一個表面粘合到所述相對電極層34 ； (b)將負(fù)電壓和正電壓分別施加到所述導(dǎo)電聚合物層31和所述相對電極層34，以增加所述導(dǎo)電聚合物層31的厚度；以及 (c)將正電壓和負(fù)電壓分別施加到所述導(dǎo)電聚合物層31和所述相對電極層34，以減小所述導(dǎo)電聚合物層31的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的多個粘合層33 ;以及 當(dāng)在透視頂視圖中觀察時，所述多個粘合層33散布在所述環(huán)境溫度熔鹽層35中。
5.一種用于控制流過流通道8的流體的流動的方法，所述方法包括: (a)制備所述致動器，所述致動器包括: 導(dǎo)電聚合物層31 ； 環(huán)境溫度熔鹽層35;以及 相對電極層34 ;其中， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35被插入在所述導(dǎo)電聚合物層31與所述相對電極層34之間， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的粘合層33 ； 所述粘合層33的一個表面粘合到所述導(dǎo)電聚合物層31 ;以及 所述粘合層33的另一個表面粘合到所述相對電極層34 ； (b)將正電壓和負(fù)電壓分別施加到所述導(dǎo)電聚合物層31和所述相對電極層34，以通過增加所述導(dǎo)電聚合物層31的厚度來停止流過所述流通道8的流體的流動；以及 (c)將負(fù)電壓和正電壓分別施加到所述導(dǎo)電聚合物層31和所述相對電極層34，以通過減小所述導(dǎo)電聚合物層31的厚度來使所述流體流過所述流通道8。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中， 所述環(huán)境溫度熔鹽層35包括在其內(nèi)部的多個粘合層33 ;以及 當(dāng)在透視頂視圖中觀察時，所述多個粘合層33散布在所述環(huán)境溫度熔鹽層35中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中， 所述致動器I設(shè)置在基板9上； 在所述步驟(b)中，使所述致動器I的底面與所述致動器I接觸；以及 在所述步驟(c)中，使所 述致動器I的所述底面與所述致動器I分離。
【文檔編號】F03G7/00GK103998777SQ201280062615
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】平岡牧, 保羅·費(fèi)奧里尼, 本喬恩·范德卡斯蒂爾 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社