專利名稱：電致動清潔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致動清潔裝置，尤其涉及一種基于碳納米管的電致動清潔裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的可產(chǎn)生彎曲形變的人工肌肉材料之一是IPMC(Ionic exchangepolymer metal composites離子交換膜金屬復(fù)合材料)，這是一種新型的智能材料。目前，國外學(xué)者 所致力于研究和應(yīng)用的IPMC材料，是由陽離子交換膜和鉬等貴金屬通過化學(xué)鍍方法復(fù)合 而成。IPMC的致動性能非常類似于生物肌肉，故稱其為“人工肌肉”，它是一種適合于開發(fā) 仿生機(jī)器人的材料。利用它的可彎曲性能，可以制作類似于汽車擋風(fēng)玻璃刮雨器的除塵器。然而，IPMC材料面臨以下問題，使其尚無法付諸商業(yè)用途(1)缺乏有效的保濕涂層由于IPMC的驅(qū)動能力取決于其所含的活性離子，因此 工作時(shí)要求其保持濕潤。為了保持濕度，需要一個(gè)類似皮膚作用的保護(hù)性涂層，否則在干燥 的條件下，IPMC只能響應(yīng)幾分鐘。(2)使用壽命有限，存在電解作用IPMC所施電壓超過1. 03V，將產(chǎn)生電解作用，相 應(yīng)產(chǎn)生退化、熱量、釋放氣體等激活反應(yīng)。其原因是所釋放的氫氣累積在保護(hù)性涂層下，將 產(chǎn)生氣泡，在真空環(huán)境下將使涂層裂開。利用四-η-丁基胺陽離子，可提高材料的致動效 率，相應(yīng)降低驅(qū)動電壓，并把電解效應(yīng)的影響減到最少。但是，大的彎曲位移要求驅(qū)動電壓 還是要超出1.03V的電壓限制。(3)直流刺激產(chǎn)生永久形變在直流電壓下，IPMC條狀物不能長時(shí)間保持位移，而 且?guī)酌腌妰?nèi)就縮回。一旦撤消電場，IPMC向相反的方向產(chǎn)生過位移，出現(xiàn)永久形變，該永久 性的形變不可以恢復(fù)，從而該IPMC條狀物的可重復(fù)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡單、壽命長的電致動清潔裝置。一種電致動清潔裝置，其包括一支撐體以及至少一電致動清潔臂，該電致動清潔 臂的一端固定于所述支撐體。該電致動清潔臂包括一片狀柔性高分子基體以及一碳納米管 膜結(jié)構(gòu)，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)至少部分包埋于所述柔性高分子基體一表面，所述碳納米管 膜結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米管通過范德華力結(jié)合而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的電致動清潔裝置，其電致動清潔臂為柔性高分 子基體和碳納米管膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的復(fù)合材料，具有完整的結(jié)構(gòu)，并且不需要保濕涂層，也不存 在電解作用，從而具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。另外，其電致動清潔臂由碳納米管膜 結(jié)構(gòu)包埋于柔性高分子基體中組成，該碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米 管由范德華力結(jié)合形成一個(gè)整體，該多個(gè)碳納米管相互連接并形成導(dǎo)電網(wǎng)路，使得該電致 動清潔臂具有較好的導(dǎo)電性，可以快速加熱該電致動清潔臂，使得該電致動清潔臂熱響應(yīng) 速率較快。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電致動清潔裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔臂的立體結(jié)構(gòu)示 意圖。圖3為圖2所示的電致動清潔裝置的電致動清潔臂沿III-III線的剖視圖。圖4為圖2中電致動清潔裝置的電致動清潔臂中的碳納米管膜結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示 意圖。圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔臂中采用的碳納 米管拉膜的掃描電鏡照片。圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔臂中采用的碳納 米管碾壓膜的掃描電鏡照片。圖7為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔臂中采用的碳納 米管絮化膜的掃描電鏡照片。圖8為本發(fā)明第一實(shí)施例中具有包含有導(dǎo)電增強(qiáng)層的電致動清潔臂。圖9為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔臂中的一種碳納 米管膜結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖，該碳納米管膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管具特殊的排列方向。圖10為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的電致動清潔裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的電致動清潔裝置在工作時(shí)的示意圖。圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的電致動清潔裝置的電致動清潔臂中的另一種碳納米 管膜結(jié)構(gòu)示意圖，該碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括多個(gè)第一接電部，和多個(gè)第二接電部。主要元件符號說明
電致動清潔臂10
碳納米管膜結(jié)構(gòu)12
電致動清潔裝置100,200
碳納米管122
第一接電部124
第二接電部126
連接部125
導(dǎo)電增強(qiáng)層128
柔性高分子基體14
支撐體30
導(dǎo)線60
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種電致動清潔裝置，其包括一個(gè)支撐體以及至少一電致動清潔臂。 所述電致動清潔臂的數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置，最少應(yīng)該是一個(gè)。所述電致動清潔臂的一端 固定于所述支撐體。該電致動清潔裝置可以通過電源驅(qū)動所述電致動清潔臂做彎曲運(yùn)動， 從而實(shí)現(xiàn)除塵，擦拭，或清潔的功能。
本發(fā)明的電致動清潔裝置的電致動清潔臂為片狀體或板狀體，根據(jù)實(shí)際需求可做 成長條型、細(xì)小型或者超薄型等。該電致動清潔臂由柔性高分子基體以及復(fù)合在該柔性高 分子基體一表面的碳納米管膜結(jié)構(gòu)組成。所述的柔性高分子基體是指該柔性高分子基體 比較容易彎曲，并且在彎曲以后還具有較好的恢復(fù)原來形狀的能力。所述碳納米管膜結(jié)構(gòu) 由大量的相互搭接的碳納米管組成一個(gè)可以自支撐的膜狀體，從而可以形成良好的導(dǎo)電網(wǎng) 路，從而該碳納米管膜結(jié)構(gòu)具有較好的導(dǎo)電性。該碳納米管膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管之間還具 有間隙。當(dāng)給該電致動清潔臂通電時(shí)，電流通過相互搭接的碳納米管形成的導(dǎo)電網(wǎng)路傳導(dǎo)， 使得碳納米管膜結(jié)構(gòu)快速產(chǎn)生熱量并將熱量傳導(dǎo)給柔性高分子基體。由于碳納米管膜結(jié)構(gòu) 的熱膨脹系數(shù)小于所述柔性高分子基體的熱膨脹系數(shù)，因此該電致動清潔臂設(shè)置有碳納米 管膜結(jié)構(gòu)的一側(cè)的熱膨脹系數(shù)將小于所述柔性高分子基體另一側(cè)的熱膨脹系數(shù)。從而該電 致動清潔臂在通電受熱以后，將由沒有設(shè)置碳納米管膜結(jié)構(gòu)的一側(cè)向設(shè)置有碳納米管膜結(jié) 構(gòu)的一側(cè)方向彎曲，當(dāng)斷電時(shí)該電致動清潔臂冷卻并恢復(fù)原形狀。該電致動清潔臂在通電 和斷電的過程中將會做擺動，并且同時(shí)還可以發(fā)出熱量，從而實(shí)現(xiàn)除塵或者除霜等功能。該 電致動清潔臂為柔性高分子和碳納米管構(gòu)成，由于碳納米管的質(zhì)量較輕，因此該電致動清 潔臂也具有較輕的質(zhì)量，從而可以應(yīng)用于對質(zhì)量限制比較嚴(yán)格的設(shè)備中，比如外太空飛船， 火星探測車等設(shè)備中。本發(fā)明中的碳納米管膜結(jié)構(gòu)在所述柔性高分子基體的表面形成連續(xù)的導(dǎo)電通路， 使用時(shí)，需要保證對整個(gè)碳納米管膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行通電，這樣才能夠保證碳納米管膜結(jié)構(gòu)能夠 整體發(fā)熱。碳納米管膜結(jié)構(gòu)與電源連接的方式可以有多種，只要能夠使得整個(gè)碳納米管膜 結(jié)構(gòu)通電發(fā)熱即可，當(dāng)該電致動清潔臂通電時(shí)，該電致動清潔臂將在其較長的延伸方向上 彎曲。本發(fā)明中的碳納米管膜結(jié)構(gòu)可設(shè)置在所述柔性高分子基體的整個(gè)表面并且兩端與電 源電連接，也可以根據(jù)實(shí)際需要，將該碳納米管膜結(jié)構(gòu)剪切成各種形狀，如U型，Z型，W型， 這里用英文字母表示碳納米管膜結(jié)構(gòu)可以形成各種形狀的導(dǎo)電通路。本發(fā)明具體實(shí)施例中 就給出了一種U型結(jié)構(gòu)的碳納米管膜結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)可以保證從該電致動清潔臂的一側(cè) 通入電流，從而實(shí)際應(yīng)用時(shí)電致動清潔臂的安裝更加方便。為了有效控制本發(fā)明的電致動清潔裝置的電致動清潔臂的彎曲運(yùn)動，該電致動清 潔比的一端最好固定，這樣可以通過所述電致動清潔臂另一端的彎曲運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)清除或者 擦拭的功能。所述支撐體主要起到固定所述電致動清潔臂的作用，因此，所述電致動清潔臂 于支撐體之間的固定方式不限，只要是能夠使得所述電致動清潔臂的一端固定，另一端相 互間隔設(shè)置就可以。所述支撐體可以和所述電致動清潔臂一體成型設(shè)置，也可以分開形成。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明說明書的基礎(chǔ)上，組合出來各種電致動清潔裝置，其基本原 理，功能都在本發(fā)明說明書記載的范圍內(nèi)，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。所述電致動清潔裝置還需要導(dǎo)線若干，用于給所述電致動清潔臂通電。給所述電 致動清潔臂通電的導(dǎo)線可以沿支撐體外表面設(shè)置，并通過電致動清潔臂固定在支撐體的一 端給電致動清潔臂通電。另外，也可以在支撐體內(nèi)設(shè)置走線通道等，使導(dǎo)電線路從支撐臂內(nèi) 部走線，然后再給所述電致動清潔臂固定在支撐體的一端通電。更進(jìn)一步的，還可以將電致 動清潔裝置的支撐體與電致動清潔臂連接的一端設(shè)置卡槽，卡槽內(nèi)設(shè)置電極，將所述電致 動清潔臂的一端直接采用卡扣的形式固定在所述卡槽內(nèi)，使得該電致動清潔裝置具有裝卸 簡單，方便的優(yōu)點(diǎn)，更加有利于實(shí)際應(yīng)用?？梢岳斫?，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要設(shè)置本
6發(fā)明的電致動清潔臂與支撐體的連接方式，所有連接方式均在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。本發(fā)明提供的電致動清潔裝置，其采用了由柔性高分子基體和碳納米管膜結(jié)構(gòu)復(fù) 合形成的電致動清潔臂作為基本清潔，擦拭，或者除塵元件，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。另外，碳 納米管膜結(jié)構(gòu)靠近高分子基體的表面，設(shè)置于柔性高分子基體之中，當(dāng)該柔性高分子基體 為絕緣材料時(shí)，該電致動清潔裝置還可以在水中直接應(yīng)用。所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)為由多個(gè) 碳納米管由范德華力結(jié)合形成一個(gè)純碳納米管組成的整體結(jié)構(gòu)，該多個(gè)碳納米管相互連接 并形成導(dǎo)電網(wǎng)路，純碳納米管膜結(jié)構(gòu)具有較好的導(dǎo)電性，可以快速加熱電致動清潔臂，從而 使其具有較快的響應(yīng)速度。以下將結(jié)合附圖以及各個(gè)具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明提供的電致動清潔裝置。請參考圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種電致動清潔裝置100，該電致動清潔裝置 包括一個(gè)支撐體30，以及一個(gè)電致動清潔臂10，以及若干導(dǎo)線60。所述電致動清潔臂10的 一端固定于所述支撐體30。所述導(dǎo)線60固定在所述支撐體30，并與所述電致動清潔臂10 電連接，用于給所述電致動清潔臂10通電。所述支撐體30為條形的棒狀物，其可以為固體，硬質(zhì)材料構(gòu)成，如金屬，塑料，木 材，玻璃等。當(dāng)所述支撐體30的材料為金屬時(shí)，可以在該支撐體30的表面形成一層絕緣材 料，從而避免所述電致動清潔臂10短路。所述支撐體30可以為具有一定厚度的長條形片 材，所述電致動清潔臂10可以通過粘結(jié)劑，或者是膠帶粘附在所述支撐體30，或者通過螺 絲或螺栓固定在所述支撐體30。所述支撐體30還可以為空心管狀體，該空心管的中空部分 可以設(shè)置導(dǎo)線60，導(dǎo)線60從所述支撐體30的一端進(jìn)入所述空心管狀體，在所述支撐體30 的另一端穿出所述空心管狀體，用于連接電源到所述電致動清潔臂10，并給所述電致動清 潔臂10通電，從而控制該電致動清潔臂10彎曲。本實(shí)施例中，所述支撐體30為長條形的 塑料棒，長度約10厘米，寬度為1厘米，所述電致動清潔臂10直接嵌設(shè)在所述支撐體30。請一并參考圖2及圖3，所述電致動清潔臂10為片材，其包括一柔性高分子基體 14，以及一碳納米管膜結(jié)構(gòu)12。所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12與所述柔性高分子基體14具有不 同的熱膨脹系數(shù)，其中，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12靠近柔性高分子基體14的表面設(shè)置，至少 部分包埋于所述柔性高分子基體14中，優(yōu)選地，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12完全設(shè)置于柔性高 分子基體14中，并且靠近所述柔性高分子基體14的表面設(shè)置。所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12為 多個(gè)碳納米管122通過范德華力結(jié)合而成。上述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12靠近所述柔性高分子 基體14的表面設(shè)置，指的是該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12沒有設(shè)置于柔性高分子基體14的中間， 而是設(shè)置在柔性高分子基體14的靠近一表面的位置，也就是說電致動清潔臂10在其厚度 方向上形成的是不對稱結(jié)構(gòu)，正是這樣設(shè)置，才使得該電致動清潔臂10在其厚度方向上的 熱膨脹系數(shù)不相同，即該電致動清潔臂10設(shè)有碳納米管膜結(jié)構(gòu)12 —側(cè)的熱膨脹系數(shù)小于 沒有設(shè)置碳納米管膜結(jié)構(gòu)12—側(cè)的熱膨脹系數(shù)，從而當(dāng)給碳納米管膜結(jié)構(gòu)12通電發(fā)熱，使 柔性高分子基體14膨脹時(shí)，該電致動清潔臂10才會向設(shè)有碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的一個(gè)側(cè)面 彎曲。本實(shí)施例中的電致動清潔臂10為長6厘米，寬1厘米，厚度1毫米的長方體片材，其 中碳納米管膜結(jié)構(gòu)的厚度約為100微米。所述柔性高分子基體14為具有一定厚度的片材，該片材的形狀不限，可以為長方 形、圓形，或根據(jù)實(shí)際應(yīng)用制成各種形狀。所述柔性高分子基體14為柔性材料構(gòu)成，該柔性 材料為絕緣材料，只要具有柔性并且熱膨脹系數(shù)大于碳納米管膜結(jié)構(gòu)12即可。所述柔性高分子基體14的材料為硅橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、環(huán)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(shí)施例中，所述柔性高分子基體14為一硅橡膠薄膜，該硅橡膠薄膜為厚度約為5毫 米厚的一長方形薄片，長為6厘米，寬為1厘米。該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12平行于所述柔性高分子基體14并鋪設(shè)于柔性高分子基體14 的表面。該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12是由多個(gè)碳納米管122通過范德華力結(jié)合構(gòu)成的具有自支 撐特性的膜狀結(jié)構(gòu)，多個(gè)碳納米管122之間存在間隙。該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12是在柔性高分 子基體14未完全固化呈粘稠的液態(tài)時(shí)鋪設(shè)于該柔性高分子基體14的表面，因此液態(tài)的柔 性高分子基體材料可以滲透進(jìn)入該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管122之間的間隙當(dāng)中， 該柔性高分子基體14的材料與碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管122緊密結(jié)合在一起。所 述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12與柔性高分子基體14接觸的表面部分包埋于所述柔性高分子基體14 中，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12也可以完全設(shè)置于所述柔性高分子基體14中，但仍然靠向整個(gè) 柔性高分子基體14的一表面設(shè)置。由于液態(tài)的柔性高分子基體材料可以滲透進(jìn)入該碳納 米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管122之間的間隙當(dāng)中，從而碳納米管膜結(jié)構(gòu)12可以很好地被 固定在該柔性高分子基體14的表面，與該柔性高分子基體14具有很好的結(jié)合性能，碳納米 管膜結(jié)構(gòu)12與柔性高分子基體14形成一個(gè)具有整體結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。該電致動清潔臂10 不會因?yàn)槎啻问褂?，影響碳納米管膜結(jié)構(gòu)12與柔性高分子基體14之間界面的結(jié)合性。該 碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的厚度遠(yuǎn)小于柔性高分子基體14的厚度，且該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12靠近 該柔性高分子基體14的表面設(shè)置，從而使得該電致動清潔臂10具有一非對稱結(jié)構(gòu)。該碳 納米管膜結(jié)構(gòu)12與該柔性高分子基體14的厚度比為1 5 1 200，優(yōu)選地該碳納米膜 結(jié)構(gòu)12與柔性高分子基體14的厚度比為1 20 1 25。本發(fā)明中的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12可以為各種形狀，優(yōu)選的為長條形的片材，當(dāng)該電 致動清潔臂10通電時(shí)，該電致動清潔臂10將在其較長的延伸方向上彎曲。請參見圖4，本 實(shí)施例中，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12呈U形。該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12包括一第一接電部124， 一第二接電部126以及一連接部125。所述第一接電部124，第二接電部126以及連接部 125，均為長條形。所述連接部125連接所述第一接電部124和第二接電部126，從而形成一 彎折延伸的長條形整體結(jié)構(gòu)。所述第一接電部124，第二接電部126相互間隔設(shè)置并位于所 述連接部125的同一側(cè)，從而形成U形的導(dǎo)電通路。碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管相互 結(jié)合形成一個(gè)整體，該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12是以一個(gè)整體的形成復(fù)合于所述柔性高分子基 體14的一個(gè)表面，并被柔性高分子基體14包裹其中。請結(jié)合圖2及圖4，一并參閱圖1，當(dāng)所述電致動清潔臂10設(shè)置于所述支撐體30的 時(shí)，所述連接部125要遠(yuǎn)離所述支撐體30。所述電致動清潔臂10中所述第一接電部124以 及第二接電部126的遠(yuǎn)離所述連接部125的一端固定于所述支撐體30。所述導(dǎo)線60用于 給碳納米管膜結(jié)構(gòu)12通電，并且與所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12電連接，連接方式可以有多種， 根據(jù)碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的具體形態(tài)可以有具體的連接方式。只要能夠使得整個(gè)碳納米管 膜結(jié)構(gòu)12都能夠通上電流，整體實(shí)現(xiàn)發(fā)熱就可以。如當(dāng)碳納米管膜結(jié)構(gòu)12為長方形片狀 結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)線60可以接到碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的相對的兩個(gè)端部，從而給整個(gè)碳納米管膜結(jié) 構(gòu)12通電。本實(shí)施例中，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12呈U形，因此可以采用一個(gè)導(dǎo)線60連接 到所述第一接電部124遠(yuǎn)離連接部125的一端，一個(gè)導(dǎo)線連接到所述第二接電部126遠(yuǎn)離，電流通過所述第一接電部124，連接部125，及 第二接電部126通入該電致動清潔臂10，所述兩個(gè)電致動清潔臂10形成有連接部125的一 側(cè)將相向彎曲，從而可以除塵功能。所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12為將一個(gè)碳納米管膜或多個(gè)碳納米管膜重疊后剪切形 成。例如，可以將多個(gè)碳納米管膜相互層疊設(shè)置后，再將其剪切從而獲得一個(gè)U形片狀結(jié)構(gòu) 的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12。該碳納米管膜可以為碳納米管拉膜、碳納米管碾壓膜、碳納米管絮化 膜中的一種或多種的組合。請參閱圖5，所述碳納米管拉膜由多個(gè)碳納米管組成，且該多個(gè)碳納米管基本相互 平行且平行于碳納米管拉膜的表面。具體地，該碳納米管膜中的多個(gè)碳納米管通過范德華 力首尾相連，且所述多個(gè)碳納米管的軸向基本沿同一方向擇優(yōu)取向排列，也就是說該多個(gè) 碳納米管首尾相連沿著碳納米管膜延伸的方向定向排列。所述碳納米管拉膜中的碳納米 管之間存在間隙，當(dāng)使用該多個(gè)碳納米管拉膜層疊后剪切制成的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12與柔 性高分子基體14結(jié)合時(shí)，該多個(gè)碳納米管拉膜可以交叉后重疊，從而使得剪切后獲得的碳 納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管交叉排列；另外，還可以使該多個(gè)碳納米管拉膜平行重疊， 從而使剪切后獲得的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管的軸向基本沿同一方向擇優(yōu)取向排 列。該碳納米管拉膜的厚度為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(dāng)該碳納米管膜中的碳納米管為單壁碳納米 管時(shí)，該單壁碳納米管的直徑為0. 5納米 10納米。當(dāng)該碳納米管膜中的碳納米管為雙壁 碳納米管時(shí)，該雙壁碳納米管的直徑為1. 0納米 20納米。當(dāng)該碳納米管膜中的碳納米管 為多壁碳納米管時(shí)，該多壁碳納米管的直徑為1. 5納米 50納米。所述碳納米管拉膜的面 積不限，可根據(jù)實(shí)際需求制備。請參閱圖6，所述碳納米管碾壓膜包括均勻分布的碳納米管。所述碳納米管無序排 列，或者沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管相互部 分交疊，并通過范德華力相互吸引，緊密結(jié)合，使得該碳納米管碾壓膜具有很好的柔韌性， 可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由于碳納米管碾壓膜中的碳納米管之間通過范德華 力相互吸引，緊密結(jié)合，使碳納米管碾壓膜為一自支撐的結(jié)構(gòu)。所述碳納米管碾壓膜可通過 碾壓一碳納米管陣列獲得。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管與形成碳納米管陣列的生長 基底的表面形成一夾角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度β <15° )，該 夾角β與施加在碳納米管陣列上的壓力有關(guān)，壓力越大，該夾角越小，優(yōu)選地，該碳納米管 碾壓膜中的碳納米管平行于該生長基底排列。該碳納米管碾壓膜為通過碾壓一碳納米管陣 列獲得，依據(jù)碾壓的方式不同，該碳納米管碾壓膜中的碳納米管具有不同的排列形式。當(dāng)沿 不同方向碾壓時(shí)，碳納米管沿不同方向擇優(yōu)取向排列。當(dāng)沿同一方向碾壓時(shí)，碳納米管沿一 固定方向擇優(yōu)取向排列。另外，當(dāng)碾壓方向?yàn)榇怪痹撎技{米管陣列表面時(shí)，該碳納米管可以 無序排列。該碳納米管碾壓膜中碳納米管的長度大于50微米。該碳納米管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據(jù)實(shí)際需要選擇。該碳納米管碾壓膜 的面積與碳納米管陣列的尺寸基本相同。該碳納米管碾壓膜厚度與碳納米管陣列的高度以 及碾壓的壓力有關(guān)，可為1微米 1毫米?？梢岳斫?，碳納米管陣列的高度越大而施加的 壓力越小，則制備的碳納米管碾壓膜的厚度越大；反之，碳納米管陣列的高度越小而施加的 壓力越大，則制備的碳納米管碾壓膜的厚度越小。所述碳納米管碾壓膜之中的相鄰的碳納
9米管之間具有一定間隙，從而在碳納米管碾壓膜中形成多個(gè)孔隙，孔隙的孔徑約小于10微米。請參閱圖7，所述碳納米管絮化膜包括多個(gè)相互纏繞且均勻分布的碳納米管。碳 納米管的長度大于10微米，優(yōu)選為200 900微米，從而使所述碳納米管相互纏繞在一起。 所述碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，以形成一自支撐的碳納 米管絮化膜。所述碳納米管絮化膜各向同性。所述碳納米管絮化膜中的碳納米管為均勻分 布，無規(guī)則排列，形成大量的孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙孔徑約小于10微米。所述碳納米管絮化膜的長 度和寬度不限。由于在碳納米管絮化膜中，碳納米管相互纏繞，因此該碳納米管絮化膜具有 很好的柔韌性，且為一自支撐結(jié)構(gòu)，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。所述碳納米管絮化 膜的面積及厚度均不限，厚度為1微米 1毫米，優(yōu)選為100微米。請參閱圖4，本實(shí)施例中，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12優(yōu)選為多個(gè)碳納米管拉膜相互 層疊后再剪切形成U形結(jié)構(gòu)。該多個(gè)相互層疊的碳納米管拉膜中，碳納米管122的軸向具 有相同的擇優(yōu)取向，即該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管122的軸向基本沿通一方向擇優(yōu) 取向排列。當(dāng)剪切多個(gè)相互層疊的碳納米管膜時(shí)，要使得形成的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的第 一接電部124與第二接電部126沿著碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管122的擇優(yōu)取向排 列方向延伸。本實(shí)施例中，該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的長度為6厘米，寬度為1厘米，其中所述 第一接電部124，和第二接電部126均為帶狀長條，其長度為5厘米，寬度為0. 4厘米，第一 接電部124和第二接電部126之間的間隙的寬度為0. 2厘米，所述連接部125為邊長1厘 米的正方形片材。該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12是由10層碳納米管拉膜沿著相同的碳納米管的排 列方向重疊后，用剪刀裁減而成，該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的厚度是100微米。并且，該碳納米 管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管122沿著第一接電部124和第二接電部126延伸的方向首尾相 連，定向排列。所述電致動清潔臂10在應(yīng)用時(shí)，將電壓通過所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的第一接電 部124和第二接電部126施加于該電致動清潔臂10，電流可通過所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中 通過范德華力相互結(jié)合的碳納米管122所形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。由于碳納米管122的 熱導(dǎo)率很高，從而使得所述電致動清潔臂10的溫度快速升高，熱量從所述電致動清潔臂10 中碳納米管122的周圍快速地向整個(gè)電致動清潔臂10擴(kuò)散，即碳納米管膜結(jié)構(gòu)12可迅速 加熱柔性高分子基體14。由于熱膨脹量與材料的體積及熱膨脹系數(shù)成正比，且所述電致動 清潔臂10由兩層具有不同熱膨脹系數(shù)的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12和柔性高分子基體14復(fù)合而 成，而碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于所述柔性高分子基體14的熱膨脹系數(shù)，從而 使得加熱后的電致動清潔臂10將向熱膨脹系數(shù)小的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12彎曲。由于碳納米 管膜結(jié)構(gòu)12中的第一接電部124和第二接電部126設(shè)置于連接部125的同一側(cè)，當(dāng)該電致 動清潔臂10的第一接電部124和第二接電部126的遠(yuǎn)離所述連接部125的一端固定時(shí)，所 述電致動清潔臂10具有連接部125的一端向設(shè)有碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的表面的方向彎曲。 由于碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的第一接電部124和第二接電部126設(shè)置于連接部125的同一 側(cè)，從而該電致動清潔臂10可以實(shí)現(xiàn)在所述電致動清潔臂10的同一側(cè)控制另一側(cè)實(shí)現(xiàn)彎 曲，可以使該電致動清潔臂10在實(shí)際應(yīng)用中具有更廣泛的應(yīng)用。此外，由于碳納米管122 具有導(dǎo)電性好、熱容小的特點(diǎn)，所以使該電致動清潔臂10的熱響應(yīng)速率快。因此，采用該電 致動清潔臂10的電致動清潔裝置100也具有快的響應(yīng)速率。
可以理解本發(fā)明實(shí)施例中的柔性高分子基體14可以設(shè)置成與所述碳納米管膜結(jié) 構(gòu)12形狀相同的U形片狀材料。該碳納米管膜結(jié)構(gòu)12平行于所述柔性高分子基體14并 鋪設(shè)于柔性高分子基體14的表面，從而形成一具有U形片狀結(jié)構(gòu)的電致動清潔臂10。請參閱圖8，可以理解，為了提高本發(fā)明電致動清潔臂10的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的 連接部125的導(dǎo)電性，可以在碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的連接部125遠(yuǎn)離所述第一接電部124及 第二接電部126的一側(cè)設(shè)置一導(dǎo)電增強(qiáng)層128，該導(dǎo)電增強(qiáng)層128至少部分覆蓋所述連接 部125，導(dǎo)電增強(qiáng)層128增強(qiáng)了所述連接部125的導(dǎo)電能力，降低了連接部125的電阻，從而 進(jìn)一步提高了該電致動清潔臂10的熱響應(yīng)速率。該導(dǎo)電增強(qiáng)層可以為金屬材料，如金、鉬、 鈀、銀、銅、鐵、鎳等導(dǎo)電性較好的金屬，可以通過沉積的方法將一金屬材料沉積在所述連接 部125，形成一定厚度的金屬薄膜。該導(dǎo)電增強(qiáng)層也可以為導(dǎo)電膠，如銀膠，通過印刷的方法 形成。請參閱圖9，本發(fā)明第一實(shí)施例中的電致動清潔臂10碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納 米管122首尾相連沿著由第一接電部124到連接部125，再到第二接電部126排列。本實(shí)施 例的電致動清潔臂10還可以將圖5所示的碳納米管拉膜直接連續(xù)鋪設(shè)在液態(tài)柔性高分子 基體14的表面依次形成連續(xù)的第一接電部124，連接部125以及第二接電部126。碳納米 管拉膜中的碳納米管具有相同的擇優(yōu)取向排列方向，該碳納米管膜中的多個(gè)碳納米管通過 范德華力首尾相連，且所述多個(gè)碳納米管的軸向基本沿同一方向擇優(yōu)取向排列。本實(shí)施例 的電致動清潔臂10中的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中的碳納米管122沿著由第一接電部124，連接 部125及第二接電部126的方向首尾相連排列。由于碳納米管122軸向的導(dǎo)電性較強(qiáng)，該 電致動清潔臂10由第一接電部124到第二接電部126的電阻較小，從而進(jìn)一步提高了該電 致動清潔臂10的熱響應(yīng)速率。請參看圖10，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種電致動清潔裝置200，該電致動清潔裝 置200與第一實(shí)施例的電致動清潔裝置100結(jié)構(gòu)類似。區(qū)別在于，該電致動清潔裝置200 具有兩個(gè)電致動清潔臂10，該兩個(gè)電致動清潔臂10并列平齊設(shè)置。所述兩個(gè)電致動清潔臂 10平行間隔設(shè)置，并且一端固定于所述支撐體30。所述兩個(gè)電致動清潔臂10之間的距離 可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。所述兩個(gè)電致動清潔臂10的設(shè)置有碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的表 面相互背離，沒有設(shè)置碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的表面直接面對。導(dǎo)線60分別連接在碳納米管 膜結(jié)構(gòu)12的第一接電部124以及第二接電部126遠(yuǎn)離連接部125的一端，從而可以給所述 兩個(gè)電致動清潔臂10通電。當(dāng)給上述兩個(gè)電致動清潔臂10通電時(shí)，電致動清潔臂10將由 柔性高分子基體14向碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的方向彎曲。請參見圖11，由于所述兩個(gè)電致動 清潔臂10的柔性高分子基體14直接相互面對，間隔設(shè)置，并且碳納米管膜結(jié)構(gòu)12相互遠(yuǎn) 離，從而所述兩個(gè)電致動清潔臂10將會相互背離的彎曲，從而可以由內(nèi)向外或者由中部向 邊緣方向掃除，具有更大的清潔面積?？梢岳斫?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明說明書的基礎(chǔ)上，可以將多個(gè)電致動清潔 臂10安裝于支撐體30，組合成多種電致動清潔裝置，比如可以將多個(gè)電致動清潔臂10間隔 排列并將設(shè)有碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的表面共面設(shè)置，也可以將多個(gè)電致動清潔臂10中的相 鄰兩個(gè)形成有碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的表面相對設(shè)置，也可以將多個(gè)電致動清潔臂10形成有 碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的表面同向設(shè)置，從而可以在個(gè)電致動清潔臂10末端獲得較大的清潔 面積。然而這樣的組合都是在本發(fā)明第一實(shí)施例的電致動清潔裝置100，及第二實(shí)施例的電致動清潔裝置200的基礎(chǔ)進(jìn)行的組合或變化，因此都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)?？梢岳斫?，為了使得所述電致動清潔臂10具有更好的除塵效果，還可在所述電致 動清潔臂10平行于所述第一接電部124或第二接電部126的側(cè)面(本說明書稱為電致動清 潔臂的側(cè)邊緣)設(shè)置大量的刷毛，工作時(shí)設(shè)有刷毛的一側(cè)對準(zhǔn)待除塵的物體進(jìn)行，從而當(dāng) 電致動清潔臂10在彎曲時(shí)，該刷毛可以直接作用于灰塵或者污物，從而提高除塵的效果。 當(dāng)然，也可以在電致動清潔臂的末端(可稱為末端邊緣)也可以設(shè)置刷毛。本發(fā)明實(shí)施例的電致動清潔臂10還可以具有其他結(jié)構(gòu)，請參閱圖12，比如該電致 動清潔臂10的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12包括多個(gè)第一接電部124及多個(gè)第二接電部126，該多個(gè) 第一接電部124與該多個(gè)第二接電部126交替間隔設(shè)置于連接部125的同一側(cè)。使用時(shí)， 使所述多個(gè)第一接電部124遠(yuǎn)離所述連接部125的一端通過導(dǎo)線連接電源的正極，使所述 多個(gè)第二接電部126遠(yuǎn)離所述連接部125的一端通過導(dǎo)線連接電源的負(fù)極，從而通過連接 部125使得整個(gè)碳納米管膜結(jié)構(gòu)12中形成回路。采用包括多個(gè)第一接電部124及多個(gè)第 二接電部126的碳納米管膜結(jié)構(gòu)12的電致動清潔臂10，可以降低該電致動清潔臂10的驅(qū) 動電壓，有利于實(shí)際應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的電致動清潔裝置，電致動清潔臂為柔性高分子 基體和碳納米管膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的復(fù)合材料，具有完整的結(jié)構(gòu)，并且不需要保濕涂層，也不存在 電解作用，在通斷電后恢復(fù)形狀快，從而具有使用壽命長，可重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。另外，其電致 動清潔臂由碳納米管膜結(jié)構(gòu)包埋于柔性高分子基體中組成，該碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳 納米管，該多個(gè)碳納米管由范德華力結(jié)合形成一個(gè)整體，該多個(gè)碳納米管相互連接并形成 導(dǎo)電網(wǎng)路，使得該電致動清潔臂具有較好的導(dǎo)電性，可以快速加熱該電致動清潔臂，使得該 電致動清潔臂熱響應(yīng)速率較快。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明 精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電致動清潔裝置，其包括一支撐體以及至少一電致動清潔臂，所述電致動清潔臂的一端固定于所述支撐體，其特征在于，每一個(gè)電致動清潔臂包括一片狀柔性高分子基體以及一碳納米管膜結(jié)構(gòu)，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)至少部分包埋于所述柔性高分子基體的一表面，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米管通過范德華力結(jié)合而成。
2.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)在所述柔 性高分子基體的一表面形成連續(xù)的導(dǎo)電通路。
3.如權(quán)利要求2所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)設(shè)置于所 述柔性高分子基體的整個(gè)表面。
4.如權(quán)利要求2所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)中的多個(gè) 碳納米管首尾相連并沿著連續(xù)的導(dǎo)電通路延伸方向擇優(yōu)取向排列。
5.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括至少 一第一接電部、至少一第二接電部及連接所述第一接電部和第二接電部而形成長條狀導(dǎo)電 通路的一連接部，所述第一接電部與第二接電部相互間隔設(shè)置并位于所述連接部的同一 側(cè)，所述電致動清潔臂的與所述連接部相對的一端固定于所述支撐體。
6.如權(quán)利要求5所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)為將一個(gè) 碳納米管膜或多個(gè)層疊的碳納米管膜剪切形成。
7.如權(quán)利要求6所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜包括均勻分布 的碳納米管，所述碳納米管無序排列或沿多個(gè)不同方向擇優(yōu)取向排列。
8.如權(quán)利要求6所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個(gè)碳納 米管，該多個(gè)碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求6所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個(gè)碳納 米管，該碳納米管膜中的多個(gè)碳納米管通過范德華力首尾相連，所述多個(gè)碳納米管的軸向 基本沿同一方向擇優(yōu)取向排列。
10.如權(quán)利要求9所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述至少一第一接電部與至少 一第二接電部的延伸方向與碳納米管膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管的擇優(yōu)取向排列方向相同。
11.如權(quán)利要求10所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述電致動清潔臂進(jìn)一步包 括一導(dǎo)電增強(qiáng)層，該導(dǎo)電增強(qiáng)層設(shè)置于所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)的連接部以增強(qiáng)所述連接部的 導(dǎo)電性。
12.如權(quán)利要求11所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電增強(qiáng)層的材料為銀膠。
13.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)與該柔性 高分子基體的厚度比為1 5 1 200。
14.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)中的多個(gè) 碳納米管之間存在間隙，所述柔性高分子基體的部分材料滲透進(jìn)入所述間隙當(dāng)中，使得柔 性高分子基體與碳納米管膜結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合。
15.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)全部包埋 于柔性高分子基體中，并靠近所述柔性高分子基體的一表面。
16.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述柔性高分子基體的材料為 硅橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、環(huán)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。
17.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，該電致動清潔裝置包括至少二 個(gè)間隔設(shè)置的所述電致動清潔臂，并所述至少二個(gè)電致動清潔臂的設(shè)有碳納米管膜結(jié)構(gòu)的 表面同向設(shè)置。
18.如權(quán)利要求17所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述至少二電致動清潔臂的 設(shè)有碳納米管膜結(jié)構(gòu)的表面共面設(shè)置。
19.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，該電致動清潔裝置包括至少二 所述電致動清潔臂，所述至少二電致動清潔臂并列設(shè)置并所述至少二電致動清潔臂的設(shè)有 碳納米管膜結(jié)構(gòu)的表面背離或相對設(shè)置。
20.如權(quán)利要求1所述的電致動清潔裝置，其特征在于，所述電致動清潔臂的邊緣設(shè)置 有刷毛。
全文摘要
一種電致動清潔裝置，其包括一個(gè)支撐體以及至少一個(gè)電致動清潔臂，該電致動清潔臂的一端固定于所述支撐體。所述電致動清潔臂包括一片狀柔性高分子基體以及一碳納米管膜結(jié)構(gòu)，其中，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)至少部分包埋于所述柔性高分子基體一表面，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米管通過范德華力結(jié)合而成。該電致動清潔裝置可以應(yīng)用于要求較輕質(zhì)量的清潔裝置的設(shè)備，比如外太空飛船，火星探測車等設(shè)備中。
文檔編號B08B1/00GK101912848SQ20101026247
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者劉長洪, 范守善, 陳魯倬 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司