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日立制作所試制成功基于印刷法的有機(jī)致動器

2006-05-18 08:52 來源：日經(jīng)BP社責(zé)編：中華印刷包裝網(wǎng)

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圖1：在聚亞胺薄膜底板上印刷的致動器圖形

圖2：切割底板制作出的Unmorph結(jié)構(gòu)的致動器

圖3：有機(jī)致動器二次元排列模塊組成的搬運(yùn)設(shè)備

　　日立制作所基礎(chǔ)研究所使用混合nm級碳微粒子的導(dǎo)電性有機(jī)材料,、利用印刷法試制成功了致動器,。特點是：采用印刷法、可低成本量產(chǎn),；可以在空氣中,、低電壓下運(yùn)行；質(zhì)量輕且柔軟,。由于與生物體的適應(yīng)性較好,，有望應(yīng)用于人造肌肉等特殊用途。

　　材料由直徑40nm的碳精微粒子和氟類聚合物混合而成,。之所以選擇氟類材料,，是由于氟的熱膨脹系數(shù)較高，此外還在考慮環(huán)氧類材料的可行性,。將材料溶解在溶劑中作為油墨使用,，以絲網(wǎng)印刷方式印在聚亞胺薄膜底板上。

　　在采用這種技術(shù)制作的致動器圖形上（圖1）,，用銀油墨印刷布線圖形后,，將其切割下來，制作出由致動器層和聚亞胺層構(gòu)成的Unmorph結(jié)構(gòu)的致動器（圖2）,。

　　所謂的Unmorph結(jié)構(gòu),，是指采用膨脹率較大和較小的材料組合結(jié)構(gòu)。在這種情況下,，通過給印刷的有機(jī)材料通電,，內(nèi)部的碳微粒子會由于焦耳熱而發(fā)熱膨脹，另一方面,，由于底板聚亞胺薄膜不易膨脹,，膨脹材料將會凸起導(dǎo)致全體彎曲,。

試制出機(jī)械手

　　此次試制的致動器大小為7mm×9mm，伸縮率最大為4％,，實用性為2％左右,。驅(qū)動電壓幾～幾十V，可以產(chǎn)生最大約5MPa的壓力,。經(jīng)確認(rèn),，工作速度方面，可以適用30Hz的輸入信號,，耐久性為1萬次左右,。致動器的工作溫度目前可以提高到室溫＋150℃.

　　另外，該公司還試制了將上述致動器二次元排列的矩陣模塊（圖3）,。施加電壓為8V,，尖端約移動3mm。通過控制各致動器的移動,，可以搬運(yùn)放在此模塊上的薄膜,。

　　該公司還使用4個致動器試制了機(jī)械手。每根手指的重量僅0.03g,，4根手指可以握住40g的試劑瓶,。

影像1：試制的機(jī)械手�,？梢晕兆≈�40g的試劑瓶的視頻（MPEG,，約12MB）。

　　與形狀記憶合金等相比,，產(chǎn)力的壓力還比較小,，但是可以利用易于加工及柔軟等有機(jī)材料的特點靈活運(yùn)用。今后,，該公司計劃除人造肌肉和搬運(yùn)設(shè)備之外,，還將開拓露出凸點的觸覺傳達(dá)設(shè)備、活動海報,、氣流控制設(shè)備,、微型機(jī)器人等新的應(yīng)用領(lǐng)域。另外,，該研究成果將在第55屆高分子年度大會（2006年5月24日～26日,，名古屋國際會議廳）上發(fā)表（演講編號1Ph152）。

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