CN101912848B - 电致动清洁装置 - Google Patents

Abstract

一种电致动清洁装置，其包括一个支撑体以及至少一个电致动清洁臂，该电致动清洁臂的一端固定于所述支撑体。所述电致动清洁臂包括一片状柔性高分子基体以及一碳纳米管膜结构，其中，所述碳纳米管膜结构至少部分包埋于所述柔性高分子基体一表面，所述碳纳米管膜结构为多个碳纳米管通过范德华力结合而成。该电致动清洁装置可以应用于要求较轻质量的清洁装置的设备，比如外太空飞船，火星探测车等设备中。

Description

电致动清洁装置

技术领域

本发明涉及一种电致动清洁装置，尤其涉及一种基于碳纳米管的电致动清洁装置。

背景技术

现有的可产生弯曲形变的人工肌肉材料之一是IPMC(Ionic exchangepolymer metal composites离子交换膜金属复合材料)，这是一种新型的智能材料。目前，国外学者所致力于研究和应用的IPMC材料，是由阳离子交换膜和铂等贵金属通过化学镀方法复合而成。IPMC的致动性能非常类似于生物肌肉，故称其为“人工肌肉”，它是一种适合于开发仿生机器人的材料。利用它的可弯曲性能，可以制作类似于汽车挡风玻璃刮雨器的除尘器。

然而，IPMC材料面临以下问题，使其尚无法付诸商业用途：

(1)缺乏有效的保湿涂层：由于IPMC的驱动能力取决于其所含的活性离子，因此工作时要求其保持湿润。为了保持湿度，需要一个类似皮肤作用的保护性涂层，否则在干燥的条件下，IPMC只能响应几分钟。

(2)使用寿命有限，存在电解作用：IPMC所施电压超过1.03V，将产生电解作用，相应产生退化、热量、释放气体等激活反应。其原因是所释放的氢气累积在保护性涂层下，将产生气泡，在真空环境下将使涂层裂开。利用四-n-丁基胺阳离子，可提高材料的致动效率，相应降低驱动电压，并把电解效应的影响减到最少。但是，大的弯曲位移要求驱动电压还是要超出1.03V的电压限制。

(3)直流刺激产生永久形变：在直流电压下，IPMC条状物不能长时间保持位移，而且几秒钟内就缩回。一旦撤消电场，IPMC向相反的方向产生过位移，出现永久形变，该永久性的形变不可以恢复，从而该IPMC条状物的可重复性较差。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种结构简单、寿命长的电致动清洁装置。

一种电致动清洁装置，其包括一支撑体以及至少一电致动清洁臂，该电致动清洁臂的一端固定于所述支撑体。该电致动清洁臂包括一片状柔性高分子基体以及一碳纳米管膜结构，所述碳纳米管膜结构至少部分包埋于所述柔性高分子基体一表面，所述碳纳米管膜结构为多个碳纳米管通过范德华力结合而成。

与现有技术相比较，本发明提供的电致动清洁装置，其电致动清洁臂为柔性高分子基体和碳纳米管膜结构构成的复合材料，具有完整的结构，并且不需要保湿涂层，也不存在电解作用，从而具有结构简单、使用寿命长的优点。另外，其电致动清洁臂由碳纳米管膜结构包埋于柔性高分子基体中组成，该碳纳米管膜结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管由范德华力结合形成一个整体，该多个碳纳米管相互连接并形成导电网路，使得该电致动清洁臂具有较好的导电性，可以快速加热该电致动清洁臂，使得该电致动清洁臂热响应速率较快。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的电致动清洁装置的立体结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的电致动清洁装置的电致动清洁臂的立体结构示意图。

图3为图2所示的电致动清洁装置的电致动清洁臂沿III-III线的剖视图。

图4为图2中电致动清洁装置的电致动清洁臂中的碳纳米管膜结构的立体结构示意图。

图5为本发明第一实施例提供的电致动清洁装置的电致动清洁臂中采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图6为本发明第一实施例提供的电致动清洁装置的电致动清洁臂中采用的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图7为本发明第一实施例提供的电致动清洁装置的电致动清洁臂中采用的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。

图8为本发明第一实施例中具有包含有导电增强层的电致动清洁臂。

图9为本发明第一实施例提供的电致动清洁装置的电致动清洁臂中的一种碳纳米管膜结构的立体结构示意图，该碳纳米管膜结构中的碳纳米管具特殊的排列方向。

图10为本发明第二实施例提供的电致动清洁装置的结构示意图。

图11为本发明第二实施例提供的电致动清洁装置在工作时的示意图。

图12为本发明实施例提供的电致动清洁装置的电致动清洁臂中的另一种碳纳米管膜结构示意图，该碳纳米管膜结构包括多个第一接电部，和多个第二接电部。

主要元件符号说明

电致动清洁臂            10

碳纳米管膜结构          12

电致动清洁装置          100，200

碳纳米管                122

第一接电部              124

第二接电部              126

连接部                  125

导电增强层              128

柔性高分子基体          14

支撑体                  30

导线                    60

具体实施方式

本发明涉及一种电致动清洁装置，其包括一个支撑体以及至少一电致动清洁臂。所述电致动清洁臂的数量可以根据需要设置，最少应该是一个。所述电致动清洁臂的一端固定于所述支撑体。该电致动清洁装置可以通过电源驱动所述电致动清洁臂做弯曲运动，从而实现除尘，擦拭，或清洁的功能。

本发明的电致动清洁装置的电致动清洁臂为片状体或板状体，根据实际需求可做成长条型、细小型或者超薄型等。该电致动清洁臂由柔性高分子基体以及复合在该柔性高分子基体一表面的碳纳米管膜结构组成。所述的柔性高分子基体是指该柔性高分子基体比较容易弯曲，并且在弯曲以后还具有较好的恢复原来形状的能力。所述碳纳米管膜结构由大量的相互搭接的碳纳米管组成一个可以自支撑的膜状体，从而可以形成良好的导电网路，从而该碳纳米管膜结构具有较好的导电性。该碳纳米管膜结构中的碳纳米管之间还具有间隙。当给该电致动清洁臂通电时，电流通过相互搭接的碳纳米管形成的导电网路传导，使得碳纳米管膜结构快速产生热量并将热量传导给柔性高分子基体。由于碳纳米管膜结构的热膨胀系数小于所述柔性高分子基体的热膨胀系数，因此该电致动清洁臂设置有碳纳米管膜结构的一侧的热膨胀系数将小于所述柔性高分子基体另一侧的热膨胀系数。从而该电致动清洁臂在通电受热以后，将由没有设置碳纳米管膜结构的一侧向设置有碳纳米管膜结构的一侧方向弯曲，当断电时该电致动清洁臂冷却并恢复原形状。该电致动清洁臂在通电和断电的过程中将会做摆动，并且同时还可以发出热量，从而实现除尘或者除霜等功能。该电致动清洁臂为柔性高分子和碳纳米管构成，由于碳纳米管的质量较轻，因此该电致动清洁臂也具有较轻的质量，从而可以应用于对质量限制比较严格的设备中，比如外太空飞船，火星探测车等设备中。

本发明中的碳纳米管膜结构在所述柔性高分子基体的表面形成连续的导电通路，使用时，需要保证对整个碳纳米管膜结构进行通电，这样才能够保证碳纳米管膜结构能够整体发热。碳纳米管膜结构与电源连接的方式可以有多种，只要能够使得整个碳纳米管膜结构通电发热即可，当该电致动清洁臂通电时，该电致动清洁臂将在其较长的延伸方向上弯曲。本发明中的碳纳米管膜结构可设置在所述柔性高分子基体的整个表面并且两端与电源电连接，也可以根据实际需要，将该碳纳米管膜结构剪切成各种形状，如U型，Z型，W型，这里用英文字母表示碳纳米管膜结构可以形成各种形状的导电通路。本发明具体实施例中就给出了一种U型结构的碳纳米管膜结构，这样的结构可以保证从该电致动清洁臂的一侧通入电流，从而实际应用时电致动清洁臂的安装更加方便。

为了有效控制本发明的电致动清洁装置的电致动清洁臂的弯曲运动，该电致动清洁比的一端最好固定，这样可以通过所述电致动清洁臂另一端的弯曲运动来实现清除或者擦拭的功能。所述支撑体主要起到固定所述电致动清洁臂的作用，因此，所述电致动清洁臂于支撑体之间的固定方式不限，只要是能够使得所述电致动清洁臂的一端固定，另一端相互间隔设置就可以。所述支撑体可以和所述电致动清洁臂一体成型设置，也可以分开形成。本领域技术人员可以在本发明说明书的基础上，组合出来各种电致动清洁装置，其基本原理，功能都在本发明说明书记载的范围内，都应属于本发明的保护范围。

所述电致动清洁装置还需要导线若干，用于给所述电致动清洁臂通电。给所述电致动清洁臂通电的导线可以沿支撑体外表面设置，并通过电致动清洁臂固定在支撑体的一端给电致动清洁臂通电。另外，也可以在支撑体内设置走线通道等，使导电线路从支撑臂内部走线，然后再给所述电致动清洁臂固定在支撑体的一端通电。更进一步的，还可以将电致动清洁装置的支撑体与电致动清洁臂连接的一端设置卡槽，卡槽内设置电极，将所述电致动清洁臂的一端直接采用卡扣的形式固定在所述卡槽内，使得该电致动清洁装置具有装卸简单，方便的优点，更加有利于实际应用。可以理解，本领域技术人员可以根据需要设置本发明的电致动清洁臂与支撑体的连接方式，所有连接方式均在本发明保护的范围之内。

本发明提供的电致动清洁装置，其采用了由柔性高分子基体和碳纳米管膜结构复合形成的电致动清洁臂作为基本清洁，擦拭，或者除尘元件，具有结构简单的优点。另外，碳纳米管膜结构靠近高分子基体的表面，设置于柔性高分子基体之中，当该柔性高分子基体为绝缘材料时，该电致动清洁装置还可以在水中直接应用。所述碳纳米管膜结构为由多个碳纳米管由范德华力结合形成一个纯碳纳米管组成的整体结构，该多个碳纳米管相互连接并形成导电网路，纯碳纳米管膜结构具有较好的导电性，可以快速加热电致动清洁臂，从而使其具有较快的响应速度。

以下将结合附图以及各个具体实施例详细说明本发明提供的电致动清洁装置。

请参考图1，本发明第一实施例提供一种电致动清洁装置100，该电致动清洁装置包括一个支撑体30，以及一个电致动清洁臂10，以及若干导线60。所述电致动清洁臂10的一端固定于所述支撑体30。所述导线60固定在所述支撑体30，并与所述电致动清洁臂10电连接，用于给所述电致动清洁臂10通电。

所述支撑体30为条形的棒状物，其可以为固体，硬质材料构成，如金属，塑料，木材，玻璃等。当所述支撑体30的材料为金属时，可以在该支撑体30的表面形成一层绝缘材料，从而避免所述电致动清洁臂10短路。所述支撑体30可以为具有一定厚度的长条形片材，所述电致动清洁臂10可以通过粘结剂，或者是胶带粘附在所述支撑体30，或者通过螺丝或螺栓固定在所述支撑体30。所述支撑体30还可以为空心管状体，该空心管的中空部分可以设置导线60，导线60从所述支撑体30的一端进入所述空心管状体，在所述支撑体30的另一端穿出所述空心管状体，用于连接电源到所述电致动清洁臂10，并给所述电致动清洁臂10通电，从而控制该电致动清洁臂10弯曲。本实施例中，所述支撑体30为长条形的塑料棒，长度约10厘米，宽度为1厘米，所述电致动清洁臂10直接嵌设在所述支撑体30。

请一并参考图2及图3，所述电致动清洁臂10为片材，其包括：一柔性高分子基体14，以及一碳纳米管膜结构12。所述碳纳米管膜结构12与所述柔性高分子基体14具有不同的热膨胀系数，其中，所述碳纳米管膜结构12靠近柔性高分子基体14的表面设置，至少部分包埋于所述柔性高分子基体14中，优选地，所述碳纳米管膜结构12完全设置于柔性高分子基体14中，并且靠近所述柔性高分子基体14的表面设置。所述碳纳米管膜结构12为多个碳纳米管122通过范德华力结合而成。上述碳纳米管膜结构12靠近所述柔性高分子基体14的表面设置，指的是该碳纳米管膜结构12没有设置于柔性高分子基体14的中间，而是设置在柔性高分子基体14的靠近一表面的位置，也就是说电致动清洁臂10在其厚度方向上形成的是不对称结构，正是这样设置，才使得该电致动清洁臂10在其厚度方向上的热膨胀系数不相同，即该电致动清洁臂10设有碳纳米管膜结构12一侧的热膨胀系数小于没有设置碳纳米管膜结构12一侧的热膨胀系数，从而当给碳纳米管膜结构12通电发热，使柔性高分子基体14膨胀时，该电致动清洁臂10才会向设有碳纳米管膜结构12的一个侧面弯曲。本实施例中的电致动清洁臂10为长6厘米，宽1厘米，厚度1毫米的长方体片材，其中碳纳米管膜结构的厚度约为100微米。

所述柔性高分子基体14为具有一定厚度的片材，该片材的形状不限，可以为长方形、圆形，或根据实际应用制成各种形状。所述柔性高分子基体14为柔性材料构成，该柔性材料为绝缘材料，只要具有柔性并且热膨胀系数大于碳纳米管膜结构12即可。所述柔性高分子基体14的材料为硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、环氧树脂、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种或几种的组合。本实施例中，所述柔性高分子基体14为一硅橡胶薄膜，该硅橡胶薄膜为厚度约为5毫米厚的一长方形薄片，长为6厘米，宽为1厘米。

该碳纳米管膜结构12平行于所述柔性高分子基体14并铺设于柔性高分子基体14的表面。该碳纳米管膜结构12是由多个碳纳米管122通过范德华力结合构成的具有自支撑特性的膜状结构，多个碳纳米管122之间存在间隙。该碳纳米管膜结构12是在柔性高分子基体14未完全固化呈粘稠的液态时铺设于该柔性高分子基体14的表面，因此液态的柔性高分子基体材料可以渗透进入该碳纳米管膜结构12中的碳纳米管122之间的间隙当中，该柔性高分子基体14的材料与碳纳米管膜结构12中的碳纳米管122紧密结合在一起。所述碳纳米管膜结构12与柔性高分子基体14接触的表面部分包埋于所述柔性高分子基体14中，所述碳纳米管膜结构12也可以完全设置于所述柔性高分子基体14中，但仍然靠向整个柔性高分子基体14的一表面设置。由于液态的柔性高分子基体材料可以渗透进入该碳纳米管膜结构12中的碳纳米管122之间的间隙当中，从而碳纳米管膜结构12可以很好地被固定在该柔性高分子基体14的表面，与该柔性高分子基体14具有很好的结合性能，碳纳米管膜结构12与柔性高分子基体14形成一个具有整体结构的复合材料。该电致动清洁臂10不会因为多次使用，影响碳纳米管膜结构12与柔性高分子基体14之间界面的结合性。该碳纳米管膜结构12的厚度远小于柔性高分子基体14的厚度，且该碳纳米管膜结构12靠近该柔性高分子基体14的表面设置，从而使得该电致动清洁臂10具有一非对称结构。该碳纳米管膜结构12与该柔性高分子基体14的厚度比为1∶5～1∶200，优选地该碳纳米膜结构12与柔性高分子基体14的厚度比为1∶20～1∶25。

本发明中的碳纳米管膜结构12可以为各种形状，优选的为长条形的片材，当该电致动清洁臂10通电时，该电致动清洁臂10将在其较长的延伸方向上弯曲。请参见图4，本实施例中，所述碳纳米管膜结构12呈U形。该碳纳米管膜结构12包括一第一接电部124，一第二接电部126以及一连接部125。所述第一接电部124，第二接电部126以及连接部125，均为长条形。所述连接部125连接所述第一接电部124和第二接电部126，从而形成一弯折延伸的长条形整体结构。所述第一接电部124，第二接电部126相互间隔设置并位于所述连接部125的同一侧，从而形成U形的导电通路。碳纳米管膜结构12中的碳纳米管相互结合形成一个整体，该碳纳米管膜结构12是以一个整体的形成复合于所述柔性高分子基体14的一个表面，并被柔性高分子基体14包裹其中。

请结合图2及图4，一并参阅图1，当所述电致动清洁臂10设置于所述支撑体30的时，所述连接部125要远离所述支撑体30。所述电致动清洁臂10中所述第一接电部124以及第二接电部126的远离所述连接部125的一端固定于所述支撑体30。所述导线60用于给碳纳米管膜结构12通电，并且与所述碳纳米管膜结构12电连接，连接方式可以有多种，根据碳纳米管膜结构12的具体形态可以有具体的连接方式。只要能够使得整个碳纳米管膜结构12都能够通上电流，整体实现发热就可以。如当碳纳米管膜结构12为长方形片状结构时，导线60可以接到碳纳米管膜结构12的相对的两个端部，从而给整个碳纳米管膜结构12通电。本实施例中，所述碳纳米管膜结构12呈U形，因此可以采用一个导线60连接到所述第一接电部124远离连接部125的一端，一个导线连接到所述第二接电部126远离连接部125的一端，然后与外界电源电连接，电流通过所述第一接电部124，连接部125，及第二接电部126通入该电致动清洁臂10，所述两个电致动清洁臂10形成有连接部125的一侧将相向弯曲，从而可以除尘功能。

所述碳纳米管膜结构12为将一个碳纳米管膜或多个碳纳米管膜重叠后剪切形成。例如，可以将多个碳纳米管膜相互层叠设置后，再将其剪切从而获得一个U形片状结构的碳纳米管膜结构12。该碳纳米管膜可以为碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜、碳纳米管絮化膜中的一种或多种的组合。

请参阅图5，所述碳纳米管拉膜由多个碳纳米管组成，且该多个碳纳米管基本相互平行且平行于碳纳米管拉膜的表面。具体地，该碳纳米管膜中的多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，且所述多个碳纳米管的轴向基本沿同一方向择优取向排列，也就是说该多个碳纳米管首尾相连沿着碳纳米管膜延伸的方向定向排列。所述碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间存在间隙，当使用该多个碳纳米管拉膜层叠后剪切制成的碳纳米管膜结构12与柔性高分子基体14结合时，该多个碳纳米管拉膜可以交叉后重叠，从而使得剪切后获得的碳纳米管膜结构12中的碳纳米管交叉排列；另外，还可以使该多个碳纳米管拉膜平行重叠，从而使剪切后获得的碳纳米管膜结构12中的碳纳米管的轴向基本沿同一方向择优取向排列。该碳纳米管拉膜的厚度为0.01微米～100微米，其中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或几种。当该碳纳米管膜中的碳纳米管为单壁碳纳米管时，该单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～10纳米。当该碳纳米管膜中的碳纳米管为双壁碳纳米管时，该双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～20纳米。当该碳纳米管膜中的碳纳米管为多壁碳纳米管时，该多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管拉膜的面积不限，可根据实际需求制备。

请参阅图6，所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管。所述碳纳米管无序排列，或者沿同一方向或不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管碾压膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜为一自支撑的结构。所述碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与形成碳纳米管阵列的生长基底的表面形成一夹角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度(0≤β≤15°)，该夹角β与施加在碳纳米管阵列上的压力有关，压力越大，该夹角越小，优选地，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于该生长基底排列。该碳纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳米管阵列获得，依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。当沿不同方向碾压时，碳纳米管沿不同方向择优取向排列。当沿同一方向碾压时，碳纳米管沿一固定方向择优取向排列。另外，当碾压方向为垂直该碳纳米管阵列表面时，该碳纳米管可以无序排列。该碳纳米管碾压膜中碳纳米管的长度大于50微米。

该碳纳米管碾压膜的面积和厚度不限，可根据实际需要选择。该碳纳米管碾压膜的面积与碳纳米管阵列的尺寸基本相同。该碳纳米管碾压膜厚度与碳纳米管阵列的高度以及碾压的压力有关，可为1微米～1毫米。可以理解，碳纳米管阵列的高度越大而施加的压力越小，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越大；反之，碳纳米管阵列的高度越小而施加的压力越大，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越小。所述碳纳米管碾压膜之中的相邻的碳纳米管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管碾压膜中形成多个孔隙，孔隙的孔径约小于10微米。

请参阅图7，所述碳纳米管絮化膜包括多个相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。碳纳米管的长度大于10微米，优选为200～900微米，从而使所述碳纳米管相互缠绕在一起。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，以形成一自支撑的碳纳米管絮化膜。所述碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均匀分布，无规则排列，形成大量的孔隙结构，孔隙孔径约小于10微米。所述碳纳米管絮化膜的长度和宽度不限。由于在碳纳米管絮化膜中，碳纳米管相互缠绕，因此该碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，且为一自支撑结构，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。所述碳纳米管絮化膜的面积及厚度均不限，厚度为1微米～1毫米，优选为100微米。

请参阅图4，本实施例中，所述碳纳米管膜结构12优选为多个碳纳米管拉膜相互层叠后再剪切形成U形结构。该多个相互层叠的碳纳米管拉膜中，碳纳米管122的轴向具有相同的择优取向，即该碳纳米管膜结构12中的碳纳米管122的轴向基本沿通一方向择优取向排列。当剪切多个相互层叠的碳纳米管膜时，要使得形成的碳纳米管膜结构12中的第一接电部124与第二接电部126沿着碳纳米管膜结构12中的碳纳米管122的择优取向排列方向延伸。本实施例中，该碳纳米管膜结构12的长度为6厘米，宽度为1厘米，其中所述第一接电部124，和第二接电部126均为带状长条，其长度为5厘米，宽度为0.4厘米，第一接电部124和第二接电部126之间的间隙的宽度为0.2厘米，所述连接部125为边长1厘米的正方形片材。该碳纳米管膜结构12是由10层碳纳米管拉膜沿着相同的碳纳米管的排列方向重叠后，用剪刀裁减而成，该碳纳米管膜结构12的厚度是100微米。并且，该碳纳米管膜结构12中的碳纳米管122沿着第一接电部124和第二接电部126延伸的方向首尾相连，定向排列。

所述电致动清洁臂10在应用时，将电压通过所述碳纳米管膜结构12的第一接电部124和第二接电部126施加于该电致动清洁臂10，电流可通过所述碳纳米管膜结构12中通过范德华力相互结合的碳纳米管122所形成的导电网络进行传输。由于碳纳米管122的热导率很高，从而使得所述电致动清洁臂10的温度快速升高，热量从所述电致动清洁臂10中碳纳米管122的周围快速地向整个电致动清洁臂10扩散，即碳纳米管膜结构12可迅速加热柔性高分子基体14。由于热膨胀量与材料的体积及热膨胀系数成正比，且所述电致动清洁臂10由两层具有不同热膨胀系数的碳纳米管膜结构12和柔性高分子基体14复合而成，而碳纳米管膜结构12的热膨胀系数远小于所述柔性高分子基体14的热膨胀系数，从而使得加热后的电致动清洁臂10将向热膨胀系数小的碳纳米管膜结构12弯曲。由于碳纳米管膜结构12中的第一接电部124和第二接电部126设置于连接部125的同一侧，当该电致动清洁臂10的第一接电部124和第二接电部126的远离所述连接部125的一端固定时，所述电致动清洁臂10具有连接部125的一端向设有碳纳米管膜结构12的表面的方向弯曲。由于碳纳米管膜结构12中的第一接电部124和第二接电部126设置于连接部125的同一侧，从而该电致动清洁臂10可以实现在所述电致动清洁臂10的同一侧控制另一侧实现弯曲，可以使该电致动清洁臂10在实际应用中具有更广泛的应用。此外，由于碳纳米管122具有导电性好、热容小的特点，所以使该电致动清洁臂10的热响应速率快。因此，采用该电致动清洁臂10的电致动清洁装置100也具有快的响应速率。

可以理解本发明实施例中的柔性高分子基体14可以设置成与所述碳纳米管膜结构12形状相同的U形片状材料。该碳纳米管膜结构12平行于所述柔性高分子基体14并铺设于柔性高分子基体14的表面，从而形成一具有U形片状结构的电致动清洁臂10。

请参阅图8，可以理解，为了提高本发明电致动清洁臂10的碳纳米管膜结构12的连接部125的导电性，可以在碳纳米管膜结构12的连接部125远离所述第一接电部124及第二接电部126的一侧设置一导电增强层128，该导电增强层128至少部分覆盖所述连接部125，导电增强层128增强了所述连接部125的导电能力，降低了连接部125的电阻，从而进一步提高了该电致动清洁臂10的热响应速率。该导电增强层可以为金属材料，如金、铂、钯、银、铜、铁、镍等导电性较好的金属，可以通过沉积的方法将一金属材料沉积在所述连接部125，形成一定厚度的金属薄膜。该导电增强层也可以为导电胶，如银胶，通过印刷的方法形成。

请参阅图9，本发明第一实施例中的电致动清洁臂10碳纳米管膜结构12中的碳纳米管122首尾相连沿着由第一接电部124到连接部125，再到第二接电部126排列。本实施例的电致动清洁臂10还可以将图5所示的碳纳米管拉膜直接连续铺设在液态柔性高分子基体14的表面依次形成连续的第一接电部124，连接部125以及第二接电部126。碳纳米管拉膜中的碳纳米管具有相同的择优取向排列方向，该碳纳米管膜中的多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，且所述多个碳纳米管的轴向基本沿同一方向择优取向排列。本实施例的电致动清洁臂10中的碳纳米管膜结构12中的碳纳米管122沿着由第一接电部124，连接部125及第二接电部126的方向首尾相连排列。由于碳纳米管122轴向的导电性较强，该电致动清洁臂10由第一接电部124到第二接电部126的电阻较小，从而进一步提高了该电致动清洁臂10的热响应速率。

请参看图10，本发明第二实施例提供一种电致动清洁装置200，该电致动清洁装置200与第一实施例的电致动清洁装置100结构类似。区别在于，该电致动清洁装置200具有两个电致动清洁臂10，该两个电致动清洁臂10并列平齐设置。所述两个电致动清洁臂10平行间隔设置，并且一端固定于所述支撑体30。所述两个电致动清洁臂10之间的距离可以根据实际需要进行调整。所述两个电致动清洁臂10的设置有碳纳米管膜结构12的表面相互背离，没有设置碳纳米管膜结构12的表面直接面对。导线60分别连接在碳纳米管膜结构12的第一接电部124以及第二接电部126远离连接部125的一端，从而可以给所述两个电致动清洁臂10通电。当给上述两个电致动清洁臂10通电时，电致动清洁臂10将由柔性高分子基体14向碳纳米管膜结构12的方向弯曲。请参见图11，由于所述两个电致动清洁臂10的柔性高分子基体14直接相互面对，间隔设置，并且碳纳米管膜结构12相互远离，从而所述两个电致动清洁臂10将会相互背离的弯曲，从而可以由内向外或者由中部向边缘方向扫除，具有更大的清洁面积。

可以理解，本领域的技术人员在本发明说明书的基础上，可以将多个电致动清洁臂10安装于支撑体30，组合成多种电致动清洁装置，比如可以将多个电致动清洁臂10间隔排列并将设有碳纳米管膜结构12的表面共面设置，也可以将多个电致动清洁臂10中的相邻两个形成有碳纳米管膜结构12的表面相对设置，也可以将多个电致动清洁臂10形成有碳纳米管膜结构12的表面同向设置，从而可以在个电致动清洁臂10末端获得较大的清洁面积。然而这样的组合都是在本发明第一实施例的电致动清洁装置100，及第二实施例的电致动清洁装置200的基础进行的组合或变化，因此都应该在本发明的保护范围之内。

可以理解，为了使得所述电致动清洁臂10具有更好的除尘效果，还可在所述电致动清洁臂10平行于所述第一接电部124或第二接电部126的侧面(本说明书称为电致动清洁臂的侧边缘)设置大量的刷毛，工作时设有刷毛的一侧对准待除尘的物体进行，从而当电致动清洁臂10在弯曲时，该刷毛可以直接作用于灰尘或者污物，从而提高除尘的效果。当然，也可以在电致动清洁臂的末端(可称为末端边缘)也可以设置刷毛。

本发明实施例的电致动清洁臂10还可以具有其他结构，请参阅图12，比如该电致动清洁臂10的碳纳米管膜结构12包括多个第一接电部124及多个第二接电部126，该多个第一接电部124与该多个第二接电部126交替间隔设置于连接部125的同一侧。使用时，使所述多个第一接电部124远离所述连接部125的一端通过导线连接电源的正极，使所述多个第二接电部126远离所述连接部125的一端通过导线连接电源的负极，从而通过连接部125使得整个碳纳米管膜结构12中形成回路。采用包括多个第一接电部124及多个第二接电部126的碳纳米管膜结构12的电致动清洁臂10，可以降低该电致动清洁臂10的驱动电压，有利于实际应用。

与现有技术相比较，本发明提供的电致动清洁装置，电致动清洁臂为柔性高分子基体和碳纳米管膜结构构成的复合材料，具有完整的结构，并且不需要保湿涂层，也不存在电解作用，在通断电后恢复形状快，从而具有使用寿命长，可重复性好的优点。另外，其电致动清洁臂由碳纳米管膜结构包埋于柔性高分子基体中组成，该碳纳米管膜结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管由范德华力结合形成一个整体，该多个碳纳米管相互连接并形成导电网路，使得该电致动清洁臂具有较好的导电性，可以快速加热该电致动清洁臂，使得该电致动清洁臂热响应速率较快。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (19)

1.一种电致动清洁装置，其包括一支撑体以及至少一电致动清洁臂，所述电致动清洁臂的一端固定于所述支撑体，其特征在于，每一个电致动清洁臂包括一片状柔性绝缘高分子基体以及一碳纳米管膜结构，所述柔性绝缘高分子基体的热膨胀系数大于所述碳纳米管膜结构的热膨胀系数，所述碳纳米管膜结构至少部分包埋于所述柔性绝缘高分子基体的一表面，所述碳纳米管膜结构为多个碳纳米管通过范德华力结合而成，所述碳纳米管膜结构在所述柔性绝缘高分子基体的一表面形成连续的导电通路。

2.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜结构设置于所述柔性绝缘高分子基体的整个表面。

3.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜结构中的多个碳纳米管首尾相连并沿着连续的导电通路延伸方向择优取向排列。

4.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜结构包括至少一第一接电部、至少一第二接电部及连接所述第一接电部和第二接电部而形成长条状导电通路的一连接部，所述第一接电部与第二接电部相互间隔设置并位于所述连接部的同一侧，所述电致动清洁臂的与所述连接部相对的一端固定于所述支撑体。

5.如权利要求4所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜结构为将一个碳纳米管膜或多个层叠的碳纳米管膜剪切形成。

6.如权利要求5所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜包括均匀分布的碳纳米管，所述碳纳米管无序排列或沿多个不同方向择优取向排列。

7.如权利要求5所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。

8.如权利要求5所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该碳纳米管膜中的多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，所述多个碳纳米管的轴向基本沿同一方向择优取向排列。

9.如权利要求8所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述至少一第一接电部与至少一第二接电部的延伸方向与碳纳米管膜结构中的碳纳米管的择优取向排 列方向相同。

10.如权利要求9所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述电致动清洁臂进一步包括一导电增强层，该导电增强层设置于所述碳纳米管膜结构的连接部以增强所述连接部的导电性。

11.如权利要求10所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述导电增强层的材料为银胶。

12.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜结构与该柔性高分子基体的厚度比为1∶5～1∶200。

13.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜结构中的多个碳纳米管之间存在间隙，所述柔性绝缘高分子基体的部分材料渗透进入所述间隙当中，使得柔性绝缘高分子基体与碳纳米管膜结构紧密结合。

14.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述碳纳米管膜结构全部包埋于柔性绝缘高分子基体中，并靠近所述柔性绝缘高分子基体的一表面。

15.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述柔性绝缘高分子基体的材料为硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨脂、环氧树脂、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种或几种的组合。

16.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，该电致动清洁装置包括至少二个间隔设置的所述电致动清洁臂，并所述至少二个电致动清洁臂的设有碳纳米管膜结构的表面同向设置。

17.如权利要求16所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述至少二电致动清洁臂的设有碳纳米管膜结构的表面共面设置。

18.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，该电致动清洁装置包括至少二所述电致动清洁臂，所述至少二电致动清洁臂并列设置并所述至少二电致动清洁臂的设有碳纳米管膜结构的表面背离或相对设置。

19.如权利要求1所述的电致动清洁装置，其特征在于，所述电致动清洁臂的边缘设置有刷毛。 

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