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日立制作所試制成功基于印刷法的有機(jī)致動(dòng)器

2006-05-18 08:52 來(lái)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(dòng)器圖形

圖2：切割底板制作出的Unmorph結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器

圖3：有機(jī)致動(dòng)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(jí)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(dòng)器。特點(diǎn)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(dòng)器圖形上（圖1），用銀油墨印刷布線圖形后，將其切割下來(lái)，制作出由致動(dòng)器層和聚亞胺層構(gòu)成的Unmorph結(jié)構(gòu)的致動(dòng)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(guò)給印刷的有機(jī)材料通電，內(nèi)部的碳微粒子會(huì)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(huì)凸起導(dǎo)致全體彎曲。

試制出機(jī)械手

　　此次試制的致動(dòng)器大小為7mm×9mm，伸縮率最大為4％，實(shí)用性為2％左右。驅(qū)動(dòng)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(hào)，耐久性為1萬(wàn)次左右。致動(dòng)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(dòng)器二次元排列的矩陣模塊（圖3）。施加電壓為8V，尖端約移動(dòng)3mm。通過(guò)控制各致動(dòng)器的移動(dòng)，可以搬運(yùn)放在此模塊上的薄膜。

　　該公司還使用4個(gè)致動(dòng)器試制了機(jī)械手。每根手指的重量?jī)H0.03g，4根手指可以握住40g的試劑瓶。

影像1：試制的機(jī)械手。可以握住重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(diǎn)靈活運(yùn)用。今后，該公司計(jì)劃除人造肌肉和搬運(yùn)設(shè)備之外，還將開(kāi)拓露出凸點(diǎn)的觸覺(jué)傳達(dá)設(shè)備、活動(dòng)海報(bào)、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(huì)（2006年5月24日～26日，名古屋國(guó)際會(huì)議廳）上發(fā)表（演講編號(hào)1Ph152）。

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