專利名稱：阻抗可調(diào)的承載結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明的披露內(nèi)容主要涉及阻抗可調(diào)的承載結(jié)構(gòu)，特別是，本發(fā)明 的披露內(nèi)容涉及基于活性材料的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu).
背景技術(shù)：
承栽結(jié)構(gòu)例如梁、支柱、導軌、纜索、面板、托架等典型地被設計 用以承受各種靜態(tài)和動態(tài)的外部和內(nèi)部作用力和力矩，同時其形狀和位 置處于可接受的形變公差范圍內(nèi).這些結(jié)構(gòu)應用的關鍵特征在于剛性， 當前，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)的幾何形狀和/或材料以適應于一定的加栽條件(例 如承栽結(jié)構(gòu)的泡沫材料填充的中空截面)，給定承栽結(jié)構(gòu)的剛性特征得 到改善。對于動態(tài)應用而言，該材料的阻尼特征可以起到更為關鍵的作 用。在承栽結(jié)構(gòu)受到振動激勵的情況下，該結(jié)構(gòu)的阻尼特性可能得到優(yōu) 化，從而使得該結(jié)構(gòu)在單一頻率條件下受到激勵時其性能優(yōu)秀.然而， 這些結(jié)構(gòu)的得到改進的性能是依據(jù)特定的 一組加栽條件而進行設計的. 因而，在該結(jié)構(gòu)的設計和制造過程中所關注的該組特定的加栽條件以外 的加載條件下，該結(jié)構(gòu)可能不會表現(xiàn)得如所期待的那樣.
另外，在生產(chǎn)和/或安裝所述承栽結(jié)構(gòu)時所需的特定特征實際上在 一些狀況下，即在顯著不同的承栽特征為有利的條件下，可能是有害的. 不旨為限制意義的這種狀況的一個實例可能應用在汽車工業(yè)中，其中承 栽結(jié)構(gòu)被設計用以在正常運行過程中以相對剛性的方式進行表現(xiàn)，但是 在非常條件下，例如在沖擊狀況下，顯著更柔順或顯著更剛硬的結(jié)構(gòu)可 能是優(yōu)選的.現(xiàn)有技術(shù)中的承載結(jié)構(gòu)不能在特征上出現(xiàn)這樣明顯的變 化，而是這些結(jié)構(gòu)筒單地提供了一種不變的響應，所述不變的響應是在 設計時所預期的特征。換言之，當前的承栽結(jié)構(gòu)是不可調(diào)的.
因此，需要一種得到改進的承栽結(jié)構(gòu).所希望的是這種得到改進 的承栽結(jié)構(gòu)能夠顯示出阻抗可調(diào)的特征，即能夠多種多樣地改變結(jié)構(gòu)和 /或材料特征，從而達到改變栽荷的要求，以便在更寬的使用條件范圍 內(nèi)改進性能.

發(fā)明內(nèi)容
在本申請中披露了一種包含活性材料的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu).在 一個實施例中，阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)包括包含活性材料的被構(gòu)造成用以 支承載荷的支柱，其中活性材料在暴露于活化狀態(tài)下時性質(zhì)發(fā)生變化， 其中該性質(zhì)的變化對于改變支柱的阻抗特征而言是有效的.
在另一個實施例中，阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)包括被構(gòu)造成用以支承 栽荷的支柱，所述支柱包括具有笫一平面和笫二平面的上部部分，其 中斜梁元件被設置在笫一平面與第二平面之間，與所述上部部分的笫 二平面物理相連的包含活性材料的笫一圓盤，其中活性材料在暴露于 活化狀態(tài)下時性質(zhì)發(fā)生變化，其中該性質(zhì)的變化對于改變支柱的柔量 特征而言是有效的，和與所述笫一圃盤物理相連的第二圃盤，
一種用于改變承栽結(jié)構(gòu)的阻抗特征的方法，所述方法包括以下步
驟將承栽結(jié)構(gòu)設置在基底與栽荷的中間，其中所迷承栽結(jié)構(gòu)包括被構(gòu) 造成用以支承栽荷的支柱，其中所述支柱包含活性材料，并且激活活 性材料從而使活性材料的性質(zhì)發(fā)生變化，其中該性質(zhì)的變化對于改變 承載結(jié)構(gòu)的阻抗特征而言是有效的.
下面通過對本申請所披露的多個特征的詳細描述并且結(jié)合其中所 包括的實例，本申請的披露內(nèi)容將會變得更加容易理解.


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行描述，在所述附圖中使用相似的附圖標 記表示相似的元件
圖l是一種阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的一個實施例的透視圖，圖中示出 了 (a)處于默認狀態(tài)下的承栽結(jié)構(gòu)，和(b)活化的承栽結(jié)構(gòu)；
圖2是一種阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的一個實施例的透視圖，圖中示出 了 (a)處于默認狀態(tài)下的承栽結(jié)構(gòu)，和(b)處于活化狀態(tài)下的承栽結(jié) 構(gòu)；
圖3是一種阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的一個實施例的透視圖，困中示出
了 (a)處于默認狀態(tài)下的承栽結(jié)構(gòu)，和(b)活化的承栽結(jié)構(gòu)；和
圖4是一種阻抗可調(diào)的承載結(jié)構(gòu)的一個實施例的透視圖，圖中示出 了 (a)處于默認狀態(tài)下的承栽結(jié)構(gòu)，和(b)活化的承栽結(jié)構(gòu).
具體實施例方式
本申請披露了基于活性材料的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)以及使用阻抗 可調(diào)的承載結(jié)構(gòu)的方法。與現(xiàn)有技術(shù)中的承栽結(jié)構(gòu)相對比，本申請中所
多個部分。本申請中所披露的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)有利地使用了活性材 料從而以多種方式改變了承栽結(jié)構(gòu)的阻抗特征例如柔量或者阻尼特性.
條件和/或-狀況的需求的性能從而大大增強了本申請中所披露^承栽結(jié) 構(gòu)的功能性。如在本文中所使用地，術(shù)語"承載結(jié)構(gòu)"旨在包括，但不 限于，能夠用于對外部栽荷或內(nèi)部栽荷提供支承的梁、支柱、導軌、纜 索、面板、托架、接插件、支架、墊片、索環(huán)等.在本文中所使用的術(shù) 語"活性材料"主要指的是一種顯示出特性發(fā)生變化的材料，所述特性 的變化包括，但不限于，在暴露于活化狀態(tài)下時的彈性模量、形狀、尺 寸、相變、元素位置或形狀取向的變化。適合的活性材料包括，但不限
于，形狀記憶合金("SMAs";例如熱活化和應力活化的形狀記憶合金和 磁性形狀記憶合金(MSMA))、電活性聚合物(EAPs)例如介電彈性體、離 子聚合物金屬復合材料(IPMC)、壓電材料(例如聚合物、陶瓷)以及形狀 記憶聚合物(SMPs)、形狀記憶陶資(SMCs)、壓塑性塑料、磁流變(MR)材 料(例如流體和彈性體)、電流變(ER)材料(例如流體和彈性體)、前述活 性材料與非活性材料構(gòu)成的復合材料、包含前述活性材料中的至少一種 的體系、以及包含前述活性材料中的至少一種的組合物.根據(jù)特定的活 性材料，活化狀態(tài)可呈現(xiàn)為激活信號的形式，所述激活信號可以是，但 是不限于，電信號、溫度變化、磁場、化學激活信號、機械加載或加應 力等。
同時，術(shù)語"第一"、"笫二"等并不意味著任何順序或重要性， 而是被用以將一個元件與另一個元件區(qū)分開.術(shù)語"該(the)"、"一 個(a)"、"一個(an)"并不意味著對數(shù)量的限制，而是意味著存在所 指物品中的至少一個.另外，所有范圍都是針對相同量的給定元素而言 的或者測量結(jié)果包括端點值并且是可獨立地組合的.
下面轉(zhuǎn)向圖1，圖1中示出了阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)IO的一個典型 實施例.在該實施例中，支承結(jié)構(gòu)12呈現(xiàn)為懸臂梁的形式，但是可以理解支承結(jié)構(gòu)12可具有適于支承栽荷的任何形式，例如上文中所描 述的那些形式.同樣在該實施例中，整個支承結(jié)構(gòu)即懸臂梁12由活性 材料，例如形狀記憶聚合物(SMP)，制成.支承結(jié)構(gòu)12與基底14形成 物理相連.作用力16例如外部栽荷物理作用在懸臂梁12的自由端上面。
在工作過程中，在受到頂端作用力16的作用下，懸臂梁12移動了 距離Aa,如圖l(a)所示，當懸臂梁12的活性材料暴露于活化狀態(tài)下時， 在受到相同的頂端作用力16的作用下，懸臂梁12移動了距離Ab，如圖 l(b)所示.當活性材料被激活時，該材料的特性例如彈性模量發(fā)生變化. 在這種情況下，該材料的彈性模量降低；因此，從圖1中可以看到在 施加相同的作用力16的條件下，移動距離Ab大于移動距離A,.相反地， 當活性材料暴露于活化狀態(tài)下時，需要顯著更小的頂端作用力使懸臂梁 12移動距離Aa.可選的激活裝置18與承載結(jié)構(gòu)10操作相連并且被構(gòu)造 用以選擇性地向活性材料提供激活信號.
圖2示出了阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)50的一個典型實施例。支承結(jié)構(gòu) 52同樣具有懸臂梁的形式，而不受限制.然而，在該實施例中，支承結(jié) 構(gòu)52具有一個部段，例如由活性材料形成的接頭54，而不是整個的支 承結(jié)構(gòu).因此，懸臂梁52具有三個部段.第一部分56與基底14和構(gòu) 成第二部分的活性材料接頭54物理相連.笫三部分58形成了懸臂梁52 的端部并且與活性材料接頭54物理相連。作用力60，例如外部栽荷， 與懸臂梁52的第二部分58的自由端物理相連。
在工作過程中，在受到頂端作用力60的作用下，懸臂梁52移動了 距離Aa，如圖2(a)所示。在該狀態(tài)下即當活性材料未處于活化狀態(tài)下時， 懸臂梁52以與均質(zhì)梁相同的方式產(chǎn)生撓曲.該形變量沿懸臂梁52的整 個長度分布從而使懸臂梁52移動了距離A,.當接頭54的活性材料暴露 于活化狀態(tài)下時，在受到相同的頂端作用力60的作用下，懸臂梁52移 動了距離Ab,如圖2(b)所示.當被暴露于活化狀態(tài)下時，該材料的特 性例如彈性模量發(fā)生變化，在這種情況下，活性材料接頭54的彈性模 量降低達到小于笫一部分56和第三部分58的數(shù)值；因此，從圖2(b) 中可以看到接頭54產(chǎn)生局部形變.與不存在活性材料被激活的情況 相比，活性材料接頭54的局部形變產(chǎn)生了顯著更大的形變，并且結(jié)果 是非活化第一部分56和笫三部分58幾乎不發(fā)生形變。
圖l和圖2中所示的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)均為在承載結(jié)構(gòu)內(nèi)的戰(zhàn)略點位置處具有活性材料從而控制所述結(jié)構(gòu)將如何變形和在哪里產(chǎn)生形
變的實施例。下面轉(zhuǎn)向圖3，圖中示出了阻抗可調(diào)的承載結(jié)構(gòu)100的另 一個典型實施例，其中活性材料特性的改變控制調(diào)節(jié)變形的程度和/或 方向。在該實施例中，支承結(jié)構(gòu)102呈現(xiàn)為柔量可變的支柱的形式。支 柱102包括具有笫一平面112和第二平面114的上部部分110。斜梁 116被設置在第一平面112與第二平面114之間.第一圓盤118由活性 材料形成并且與第二平面114和第二圃盤120物理相連.第二圓盤120 被固定到基底14上面。作用力122，例如外部壓縮力，與阻抗可調(diào)的 支柱102的上部部分110物理相連.
在工作過程中，在受到壓縮力122的作用下，支柱102移動了距 離Aa，如圖3(a)所示。在該狀態(tài)下即當活性材料未處于活化狀態(tài)下時， 在平面112和115與圃盤118和120存在可忽略的形變.斜梁116彎曲 形成"S"形狀。在該去活化狀態(tài)下，支柱的模量給予所述結(jié)構(gòu)能夠承 受作用力122的剛硬度。當笫一圃盤118的活性材料暴露于活化狀態(tài)下 時，在受到相同的作用力122的作用下，支柱100移動了距離Ab,如圖 3(b)所示，當被暴露于活化狀態(tài)下時，該材料的特性例如彈性模量發(fā)生 變化.第一圃盤118的活性材料的彈性模量降低達到小于其它支柱部件 的數(shù)值.當壓縮力122被施加到處于活化狀態(tài)下的支柱100上面時，所 述形變是扭曲的。活化的笫一圃盤118允許笫二平面114相對于笫一平 面112進行旋轉(zhuǎn)，從而導致斜梁116在彼此之上產(chǎn)生縱向彎曲.這樣 的形變方向降低了支柱102的總體剛硬度并且導致移動距離Ab大于移
動距離Aa。
在圖4中示出了阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)150的另一個典型實施例.在 該實施例中，活性材料特性的變化能夠改變承栽結(jié)構(gòu)內(nèi)的栽荷路徑.支 承結(jié)構(gòu)151包括被固定到基底14上面且與角形構(gòu)件154物理相連的平 的構(gòu)件152.所述構(gòu)件均可由非活性材料例如鋼形成.平的構(gòu)件152與 角形構(gòu)件154在一端剛性相聯(lián).所述兩個構(gòu)件可通過焊接、粘結(jié)劑、螺 栓、銷等進行聯(lián)接.在平的構(gòu)件152與角形構(gòu)件154的自由端處，由活 性材料形成的銷156被設置在平的構(gòu)件152的笫一孔口 153和角形構(gòu)件 154的第二孔口 155中，銷156與平的構(gòu)件152和角形構(gòu)件154操作相 連.作用力158，例如外部栽荷，與支承結(jié)構(gòu)151物理相連，
在工作過程中，在受到壓縮力158的作用下，承載結(jié)構(gòu)150移動了距離Aa,如圖4(a)所示.當活性材料銷156未處于活化狀態(tài)下時，銷 156具有能夠耐受作用力158且能夠保持住平的構(gòu)件152與角形構(gòu)件154
之間的連接的強度.在該狀態(tài)下，由于絕大部分作用力得到上部平的構(gòu) 件152的支承，因此角形構(gòu)件154僅發(fā)生少量的撓曲A"當活性材料銷 156被暴露于活化狀態(tài)下時，銷156的強度急劇下降，從而允許同一作 用力122引起銷156的失效.失效導致產(chǎn)生的結(jié)果是，承載結(jié)構(gòu)150的 栽荷路徑改道通過下部角形構(gòu)件154，所迷下部角形構(gòu)件撓曲大體上大 于距離夂的距離Ab，如圖3(b)所示，重復進行敘述，在該實施例中， 該承載結(jié)構(gòu)中的活性材料部件被定位從而在暴露于活化狀態(tài)中時改變 該結(jié)構(gòu)內(nèi)的栽荷路徑.類似地，利用活性材料可對非活化的銷進行致動， 從而導致該結(jié)構(gòu)的栽荷路徑發(fā)生相同的變化.
如在上文中所使用地，距離"A/和"Ab"被用于表示處于非活 化狀態(tài)下的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的撓曲距離與活化狀態(tài)下的撓曲距離 之間的差值.標記和"Ab"僅僅處于便利而被用于各圖中且對于 阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的每個單獨的實施例而言不旨在表示相等的撓曲 距離.另外，上文中所披露的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)僅僅是可能存在的承 栽結(jié)構(gòu)的典型實施例并且不旨在受到以上披露的設計的限制，該阻抗可 調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)可被構(gòu)造成任何適當?shù)男螤?同時，該承栽結(jié)構(gòu)可具有單 個活性材料部件或者可具有多個活性材料部件，每一個活性材料部件被 構(gòu)造用以改變剛硬度、形成擠壓啟動部位、改變形變的程度、方向或優(yōu) 選模式、改變所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的加栽路徑、該阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的前述任 何效果的組合等.基于活性材料的承栽結(jié)構(gòu)適于且允許改變栽荷和部位 的能力在許多應用中是有益的，所述應用例如，但不限于，汽車、航空 航天器、靜態(tài)結(jié)構(gòu)等.
在另 一種工作模式下，上文中披露的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)還能夠提 供例如在車輛制造和組裝工藝等應用中有用的對正和鎖定性能.在車輛 組裝工藝過程中，基于活性材料的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)可被激活，由此 例如使模量降低，并且允許受到該承栽結(jié)構(gòu)支承的車體面板相對于車架 被定位和/或?qū)φ?。當位于該新對正的位置時，對承栽結(jié)構(gòu)中的活性材 料進行冷卻將會導致活性材料變硬，將承栽結(jié)構(gòu)鎖定在新對正的位置處 并且提供一條將靜態(tài)栽荷傳遞到牟架的擋板上/傳遞來自車架的擋板上 的靜態(tài)栽荷的路徑.這種性能允許在車輛的整個使用壽命中能夠可逆地對車體重新進行對正.
當承栽結(jié)構(gòu)中的活性材料被暴露于活化狀態(tài)下時，活性材料的性質(zhì) 發(fā)生改變.產(chǎn)生變化的性質(zhì)可包括，但不限于，形狀變化、形態(tài)取向的 變化、相變、模量變化、強度變化、尺寸變化或前述變化的任何組合方 式，活性材料性能所產(chǎn)生的變化導致承栽結(jié)構(gòu)的阻抗特征發(fā)生變化.這 種適應性特征的變化可包括，但不限于，剛硬度的變化、阻尼容量的變 化、屈服強度的變化、受力撓曲行為的變化、承栽性能的變化、能量吸 收性能的變化或前述變化的任何組合方式等.
可采用多種方式將活化材料暴露于活化狀態(tài)下.可使用激活裝置從 而將激活信號例如熱信號傳送至活化材料，激活裝置可包括能夠響應于 預定事件、電流或工作環(huán)境的預期變化、從而觸發(fā)活化狀態(tài)的傳感器， 或者允許通過使用者輸入而直接激活材料。這樣一種主動系統(tǒng)也可以提 供對反饋回路的選擇，由此對材料轉(zhuǎn)變的程度、幾何變化以及承栽結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)完整性進行監(jiān)控是有可能的.另 一種選擇可以是包括被動激活系 統(tǒng)，在所述被動激活系統(tǒng)中，承栽結(jié)構(gòu)中的活性材料部件通過外部環(huán)境 條件例如局部溫度變化可被激活，另一個實施例中可包括主動激活系統(tǒng) 和被動激活系統(tǒng)二者. 一個實例可允許被動激活所述結(jié)構(gòu)中的 一些活性 材料元件且通過激活裝置激活其它元件。利用主動激活系統(tǒng)和被動激活 系統(tǒng)二者的另一個實例可包括用以對活性材料元件進行預處理的被動 系統(tǒng)和用以完全激活活性材料的主動系統(tǒng)，如在本文中所使用地，術(shù)語 "預處理"通常指的是使產(chǎn)生變形所需的能量最小化.使用形狀記憶聚
合物(SMP)作為易于進行討論的一個實例，SMP可被保持在在剛好低于玻 璃轉(zhuǎn)變溫度的預處理溫度下。按照這種方式，由于轉(zhuǎn)變溫度僅略高于預 處理溫度，因此激活信號，例如熱激活信號，需要最小的能量以實現(xiàn)熱 轉(zhuǎn)變.同樣地，所述預處理使得導致SMP發(fā)生轉(zhuǎn)變所需要的附加加熱和 時間的量最小化，由此如果需要的話，能夠提供大小在幾毫秒級別的快 速響應.在一個優(yōu)選實施例中，所述預處理不會導致SMP發(fā)生任何轉(zhuǎn)變， 除非有意設計而為.
如所指示，阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的阻抗特征的變化是通過使活性材 料暴露于活化狀態(tài)下而產(chǎn)生的。例如，在承栽結(jié)構(gòu)具有SMP部件的情況 下，需要熱激活信號從而改變SMP的溫度.為了產(chǎn)生所需的溫度變化， SMP可利用下面這樣的手段受到電阻加熱、輻射加熱、和/或傳導加熱，所述手段包括，但不旨在限于，從高溫流體向低溫流體(例如受到加熱 的排氣氣流)進行的傳導、輻射熱傳遞、使用熱電加熱、微波加熱等. 基于各種可能的傳感器輸入信號的不同的控制算法可被用以啟動熱激 活.可用于決定是否應該進行激活的各種形式的傳感器輸入以及用于承 栽結(jié)構(gòu)的給定應用的操作和狀態(tài)輸入.例如，在汽車應用領域中，車輛
狀態(tài)例如速度、偏航角速度、ABS操作、天氣條件等，基于來自雷達的 輸入或基于物體探測系統(tǒng)的圖像、遠程信息處理技術(shù)、限速標志等，預 測即將來臨的加載亊件的可能性的增大，并且最后，來自車栽傳感器的 已開始進行加栽亊件的信號.優(yōu)先于SMP模量變化的熱分子松弛可用的 時間量隨著這種事件的可能性的增大而減少.電阻和煙火技術(shù)加熱手段 因此是兩種能夠提供0. 5秒或更短的SMP激活時間的激活信號.
對于基于熱激活信號阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的而言，例如SMP的情 況，保持預處理溫度低于轉(zhuǎn)變溫度可包括提供水平低于通常會導致SMP 發(fā)生轉(zhuǎn)變的二次激活信號.按照這種方式， 一次激活信號可隨后被提供 用以實現(xiàn)形變，其中該一次激活信號需要最小的能量和時間，在另一可 選實施例中，其中設置了可調(diào)托架的環(huán)境可被保持處于低于轉(zhuǎn)變溫度的 一定溫度下.在任一實施例中，預處理可包括與阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)操 作相連的溫度傳感器和控制器.激活裝置上可設有反饋回路，以便如果 這樣構(gòu)造的話，提供二次激活信號，要不然，溫度傳感器和激活裝置可 對環(huán)境進行預處理，從而借助一次激活信號使SMP轉(zhuǎn)變?yōu)槠滢D(zhuǎn)變溫度的 時間最小化，根據(jù)所需的構(gòu)造，所述預處理可以是靜態(tài)的或者是暫態(tài)的。
預處理溫度可比環(huán)境溫度與(最低的)玻璃轉(zhuǎn)變溫度之間的溫度差 高約50%，優(yōu)選高約80X,更優(yōu)選高約90X，再優(yōu)選高約95X.
激活裝置可被編程從而導致在適于指定應用的所需時間內(nèi)激活限 定阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的活性材料部分.例如，該激活裝置可被編程從 而向與活性材料例如SMP熱連通的電阻加熱元件提供大電流或小電流， 該大電流可被用以提供快速不可逆的激活，而該小電流可被用以提供延 遲的可逆的激活.按照所述方式使用大電流和小電流是示例性的且不旨 在限制用于激活裝置的多樣化編程或者限制對適于可逆性的條件的限 定。
傳感器輸入在本質(zhì)和數(shù)量(壓力傳感器、位置檢測器、(電容、超 聲波、雷達、照相等)、位移傳感器、速度傳感器、加速度表等)方面可有所變化并且可被設置在支柱基底，例如車體，上面.如前文中所述，用于，阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)的適合的活性材料包括，但不限于，形狀記憶合金("SMAs，，；例如熱活化和應力活化的形狀記憶 合金和磁性形狀記憶合金(MSMA))、電活性聚合物(EAPs)例如介電彈性 體、離子聚合物金屬復合材料UPMC)、壓電材料(例如聚合物、陶資)以 及形狀記憶聚合物(SMPs)、形狀記憶陶瓷(SMCs)、壓塑性塑料、磁流變 (MR)材料(例如流體和彈性體)、電流變(ER)材料(例如流體和彈性體)、 前述活性材料與非活性材料構(gòu)成的復合材料、包含前述活性材料中的至 少一種的體系、以及包含前述活性材料中的至少一種的組合物。為了方便起見且通過實例的方式，在這里將結(jié)合形狀記憶合金和形狀記憶聚合 物進行描述.形狀記憶陶瓷、壓塑性塑料等材料可按照相似的方式得到 使用，例如，對于壓塑性塑料而言，由壓力引發(fā)的高玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 部件與低玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)部件的納米相區(qū)域之間的混合導致實現(xiàn)了 形狀的變化.可在相對較低的溫度下對壓塑性塑料反復進行加工，而不 會導致其性能產(chǎn)生劣化.形狀記憶陶梵(SMC)與形狀記憶合金(SMA)相類 似，但是可以比其它形狀記憶材料耐受更高的工作溫度.形狀記憶陶瓷 的一個實例就是壓電材料.在施加或去除外部刺激時形狀記憶材料回復到其初始形狀的能力 已導致其能夠應用于致動器中從而施加作用力導致產(chǎn)生所需運動.活性 材料致動器在減小致動器尺寸、重量、體積、成本、噪音以及與傳統(tǒng)的 機電和液壓致動裝置相比增加堅固性等方面提供了潛力.鐵磁性的形狀 記憶合金(SMA)例如響應于能夠響應于外加磁場(和正比于外加磁場的 強度)顯示出高達數(shù)個百分點的快速尺寸變化.然而，這些變化是單向憶合:回復到其初始;造. "形狀記憶合金是一種具有至少兩種不同的與溫度相關的相或極性 的合金組分.這些相中最常使用的是所謂的馬氏體相和奧氏體相.在下 面的論述中，馬氏體相通常指的是更易于產(chǎn)生形變的溫度更低的相，而 奧氏體相通常指的是更剛硬的溫度更高的相.當形狀記憶合金處于馬氏 體相且受到加熱時，形狀記憶合金開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相.該相開始時所 處的溫度通常被稱作奧氏體起始溫度(As).該相結(jié)束時所處的溫度通 常被稱作奧氏體結(jié)束溫度Uf ).當形狀記憶合金處于奧氏體相且受到冷卻時，形狀記憶合金開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相.該相開始時所處的溫度通常被稱作馬氏體起始溫度(Ms).該相結(jié)束時所處的溫度通常被稱作馬 氏體結(jié)束溫度(Mf ) 。 As與Af之間的溫度范圍通常被稱作馬氏體-奧氏 體轉(zhuǎn)變溫度范圍，而Ms與Mf之間的溫度范圍通常被稱作奧氏體-馬氏 體轉(zhuǎn)變溫度范圍，應該注意到上述轉(zhuǎn)變溫度是SMA樣品所受到的應力 的函數(shù)。通常來說，這些溫度隨著應力的增加而增加，鑒于前述性質(zhì)， 形狀記憶合金的形變優(yōu)選在奧氏體起始溫度下或在低于奧氏體起始溫 度的條件下(等于或小于As)進行.隨后的加熱高于奧氏體起始溫度的 步驟導致發(fā)生形變的形狀記憶合金樣品開始回復到其原始(不受應力 的)永久形狀，直至在奧氏體結(jié)束溫度下結(jié)束.因此，形狀記憶合金所 使用的適合的激活輸入或信號是大小足以導致在馬氏體相與奧氏體相 之間發(fā)生轉(zhuǎn)變的熱激活信號.通過略微改變合金的成分和通過進行熱機械處理可以對當受到加 熱時形狀記憶合金記憶其高溫形狀(即其原始不受應力的形狀)所處的 溫度進行調(diào)節(jié).例如在鎳鈦形狀記憶合金中，該溫度可從高于約100°C 改變到低于約-100。C.該形狀復原過程可在僅幾度的溫度范閨內(nèi)進行或 者在更寬的溫度范圍內(nèi)顯示更加逐步的復原.根據(jù)所需應用和合金成 分，可將轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束控制在幾度的范圍內(nèi)。形狀記憶合金的機械 性質(zhì)在覆蓋其轉(zhuǎn)變的溫度范圍內(nèi)可發(fā)生非常明顯的變化，典型地提供形 狀記憶效應和超塑性.例如，在馬氏體相中觀察到具有比在奧氏體相中 更低的彈性模量.通過利用外加應力使晶體結(jié)構(gòu)重新排列，處于馬氏體 相的形狀記憶合金能夠產(chǎn)生更大程度的形變。該材料在去除應力以后保 持該形狀，換言之，SMA中由應力誘發(fā)產(chǎn)生的相變本質(zhì)上是雙向的，在 SMA處于奧氏體相時施加足夠大的應力將會致使其轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥阅Ａ扛?的馬氏體相.去掉外加應力將會導致SMA變回奧氏體相，這樣一來，回 復其初始形狀和更高的彈性模量.示例性的形狀記憶合金材料包括鎳鈥基合金、銦鈥基合金、鎳鋁基 合金、鎳鎵基合金、銅基合金(例如銅鋅合金、銅鋁合金、銅金合金和 銅錫合金)、金鎘基合金、銀鎘基合金、銦鎘基合金、錳銅基合金、鐵 鉑基合金、鐵把基合金等，只要是合金成分具有形狀記憶效應，例如形 狀、取向、屈服強度、撓曲模量、阻尼容量、超塑性和/或類似性質(zhì)的 變化，所述合金可以是二元合金、三元合金或多元合金.適合的形狀記憶合金成分的選擇部分地取決于預期應用的溫度范圍.在更高溫度下回復到奧氏體相附帶著非常大的應力(與使材料發(fā)生 形變相比)，所述應力可與奧氏體材料的內(nèi)集屈服強度一樣高，有時高 達變形的馬氏體相的三倍或更多倍.對于需要多次工作循環(huán)的應用而 言，可獲得小于或等于大約W的所使用的金屬絲形變長度的應變.在可的應用.通常包含Ni-Mn-Ga的磁性形狀記憶合金(MSMA)由于磁場引發(fā) 應變從而使形狀發(fā)生改變.MSMA具有包含不同的磁性取向和晶體取向的 內(nèi)部變量.在磁場中，這些變量的比例在變化，從而導致材料的總體形 狀發(fā)生變化，MSMA致動器通常要求MSMA材料被設置在電磁鐵線閨之間. 流動通過所述線圏的電流引發(fā)產(chǎn)生通過MSMA材料的磁場，從而導致形 狀發(fā)生變化.如前文中所述，其它示例性的形狀記憶材料為形狀記憶聚合物 (SMPs)。"形狀記憶聚合物" 一般是指一種聚合材料，在施加激活信號 時，所述聚合材料顯示出性質(zhì)上的變化，所述性質(zhì)例如模量、尺寸、熱 膨脹系數(shù)、透濕性、光學性質(zhì)(例如透射率)或者包含前述性質(zhì)中的任 何一種的組合，并結(jié)合其微觀結(jié)構(gòu)和/或結(jié)構(gòu)形貌的變化.形狀記憶聚 合物可以是熱致感應型的(即性質(zhì)的變化由熱激活信號所致，所述熱激 活信號或是通過熱供給或熱去除而直接供應，或是通過適于激勵處于分 子水平的大幅振動的一定頻率的振動而間接供應，所述處于分子水平的 大幅振動將導致內(nèi)部產(chǎn)生熱量)，光致感應型的(即性質(zhì)的變化由電磁 輻射激活信號所致)，濕度感應型的(即性質(zhì)的變化由液體激活信號例 如濕度、水蒸氣或水所致)，化學感應型的(響應于其環(huán)境中的一種或 者更多種濃度的變化，例如H+離子的濃度-該pH環(huán)境)，或者是包含前 述中的至少一種的組合.一般來說，形狀記憶聚合物(SMP)是包括至少兩個不同單元的相間 隔離的共聚物，所述不同單元可被描述為SMP內(nèi)的不同段，每段對SMP 總體性質(zhì)的貢獻不同.如在本文中所使用地，術(shù)語"段"指的是共聚合 以形成SMP的區(qū)段、接枝體或相同或相似單體或低聚物單元中的序列. 每段可以是(半)晶態(tài)或非晶態(tài)的且將會分別具有對應的熔點或玻璃轉(zhuǎn) 變溫度(Tg).在本文中為了方便所使用的術(shù)語"熱轉(zhuǎn)變溫度"根據(jù)所 述段是非晶態(tài)段還是晶態(tài)段而大體上分別指的是Tg或熔點.對于包括(n)段的SMP而言，該SMP具有一個硬質(zhì)段和(n-l)軟質(zhì)段，其中所 述硬質(zhì)段比任一個軟質(zhì)段都具有更高的熱轉(zhuǎn)變溫度。因此，SMP具有(n) 熱轉(zhuǎn)變溫度.硬質(zhì)段的熱轉(zhuǎn)變溫度被稱作"最終轉(zhuǎn)變溫度"，并且所謂 的"最軟"段的最低熱轉(zhuǎn)變溫度被稱作"笫一轉(zhuǎn)變溫度".非常重要地 應該注意到如果SMP具有包含相同的熱轉(zhuǎn)變溫度特征的多個段，所述 熱轉(zhuǎn)變溫度同時也是最終轉(zhuǎn)變溫度，那么就說，SMP具有多個硬質(zhì)段.當SMP被加熱達到最終轉(zhuǎn)變溫度以上時，SMP材料可被賦予永久形 狀。通過隨后將SMP冷卻至該溫度以下，SMP的永久形狀可被設定或被 記住，如在本申請中所使用地，術(shù)語"初始形狀"、"之前限定了的形 狀"、"預定形狀"和"永久形狀"是同義詞并且這在可以互換地進行 使用.通過將所述材料加熱達到高于任意軟質(zhì)段的熱轉(zhuǎn)變溫度但依舊低 于最終轉(zhuǎn)變溫度的一定溫度，施加外部應力或栽荷從而使SMP產(chǎn)生形變，然后在保持形變外部應力或栽荷的同時冷卻低于特定的熱轉(zhuǎn)變溫度，可 以設定臨時形狀，通過對已去除應力或栽荷的材料進行加熱達到高于軟質(zhì)段的特定 熱轉(zhuǎn)變溫度但依舊低于最終轉(zhuǎn)變溫度的一定溫度，可以恢復永久形狀， 由此，應該清楚地是通過將多個軟質(zhì)段組合在一起，有可能展示出多 種臨時形狀，且通過將多個硬質(zhì)段組合在一起，有可能展示出多種永久 形狀.類似地采用分層或復合方法，多個SMP的組合將會展示出多種臨時形狀與多種永久形狀之間的過渡情況.形狀記憶材料還可包括壓電材料.同時，在一些實施例中，壓電材 料可被構(gòu)造成用于提供快速部署的致動器.如在本文中所使用地，術(shù)語 "壓電"被使用來描述在施加電壓電位時一種產(chǎn)生機械變形(形狀變化) 或者可逆地在產(chǎn)生機械變形時生成電荷的材料。壓電材料在受到外加電 壓時尺寸發(fā)生較小的變化，其響應與外加磁場的強度成比例并且非?？?速(能夠很容易地達到千赫范閨).由于其尺寸變化較小(例如小于 O.IX),為了顯著地增大其尺寸變化的幅度，所使用的壓電材料通常呈 被構(gòu)造成以便在施加相對較小的電壓時彎成凸形或凹形形狀的單壓電 陶瓷晶片和雙壓電晶片致動器(bi-morph flat patch acuator )的形 式.保持器村里內(nèi)的這些補片的漸變/彎曲適于抓住/松開所保持的物 體.一種類型的單壓電晶片是包括在外部結(jié)合到柔性金屬箔或帶上面的單個壓電元件的結(jié)構(gòu)，在借助變化的電壓被激活時，所述柔性金屬箔或帶受到壓電元件的刺激；并且在其反向于壓電元件的移動時，導致產(chǎn) 生軸向翹曲或撓曲.可通過收縮或膨脹進行用于單壓電晶片的致動器移 動.單壓電晶片可以顯示出高約IOX的應變量，但是相對于單壓電晶片 結(jié)構(gòu)的總體尺寸而言，通?？蓛H維持低栽荷.與單壓電晶片壓電裝置相對比，雙壓電晶片裝置包括夾在兩個壓電 元件之間的中間柔性金屬箔。雙壓電晶片具有比單壓電晶片更多的位移 量，這是因為在外加電壓作用下， 一個陶瓷元件將會收縮而另一個陶瓷 元件將會膨脹.雙壓電晶片可具有高達約20 i的應變量，但是與單壓電 晶片相類似，相對于單壓電晶片結(jié)構(gòu)的總體尺寸而言，通常不能維持高 載荷.典型的壓電材料包括無機化合物、有機化合物和金屬.對于有機材 料而言，所有在分子內(nèi)的主鏈上或在側(cè)鏈上或者既在主鏈上又在側(cè)鏈上 具有非中心對稱結(jié)構(gòu)和大偶極距集團的聚合材料可被候選用作壓電薄 膜.聚合物的實例包括聚4-苯乙烯磺酸鈉("PSS" )、 polyS-119(poly (vinylamine) backbone azo chromophore )、和其衍生物；聚碳氣化 合物(polyfluorocarbines)，包括聚偏氟乙烯("PVDF")、其共聚 物偏二氟乙烯("VDF")、三氟乙烯(TrFE)、和其衍生物；全氯化 烴，包括聚氯乙烯("PVC")、聚偏二氯乙烯("PVC2")、和其衍 生物；聚丙烯腈("PAN")、和其衍生物；多羧酸，包括聚甲基丙烯 酸("PMA")、和其衍生物；聚脲類、和其衍生物；聚氨酯("PUE")、 和其衍生物；生物聚合物分子例如聚(L-乳酸)和其衍生物；和膜蛋白 質(zhì)，以及磷酸鹽生物分子、聚苯胺和其衍生物；四氨基化合物的所有衍 生物；聚酜亞胺，包括Kapton⑧分子和聚瞇酰亞胺("PEI")和其衍生物；所有膜聚合物；聚N-乙烯基吡咯烷嗣("PVP")均聚物和其衍 生物；無規(guī)則PVP-醋酸乙烯("PVAc")共聚物；和所有在主鏈上或 在側(cè)鏈上或者既在主鏈上又在側(cè)鏈上具有偶極距集團的芳族聚合物、以 及包含前述化合物中的至少 一種的組合物.另外，壓電材料可包括Pt、 Pd、 Ni、 T、 Cr、 Fe、 Ag、 Au、 Cu和包 含前述元素中的至少 一種的金屬合金、以及包含前述元素中的至少一種 的組合物.這些壓電材料還可包括例如金屬氧化物如Si02、A1203、Zr02、 Ti02、 SrTi03、 PbTi03、 BaTi03、 Fe03、 Fe304、 ZnO和包含前述金屬氧化物中的至少一種的組合物；以及VIA和IIB族化合物，例如CdSe、 CdS、 GaAs、 AgCaSe2、 ZnSe、 GaP、 InP、 ZnS以及包含前述化合物中的至少一 種的組合物.MR流體是一類智能材料，其流變學性質(zhì)在施加磁場時可快速變化 (例如在幾毫秒內(nèi)可實現(xiàn)百分之幾百的性質(zhì)變化)，從而使得該材料非 常適于通過其剪切強度發(fā)生明顯變化從而鎖住(約束)形狀/變形或允 許形狀/變形產(chǎn)生松他，所述變化對于抓持和松開在本文中所描述的實 施例中的物體而言是有用的，示例性的形狀記憶聚合物還包括磁流變 (MR)聚合物和電流變(BR)聚合物.MR聚合物是微米級大小的可磁極化的 顆粒(例如如下文中所述的鐵磁性顆?；蝽槾判灶w粒)在聚合物(例如 熱固性彈性聚合物或橡膠)中的懸浮體.示例性的聚合物基體包括聚a-烯烴、天然橡膠、硅嗣、聚丁二烯、聚乙烯、聚異戊二烯、以及包含前 述基體中的至少一種的組合物.通過借助于改變外加磁場的強度從而改變剪切和壓縮/張緊模量，MR聚合物當暴露于磁場中只不過幾毫秒時典型地展開其結(jié)構(gòu)，且剛硬度 和形狀的變化與外加磁場的強度成比例.停止MR聚合物暴露于磁場中會使該過程發(fā)生逆轉(zhuǎn)且彈性體回復到其最低的模量狀態(tài)。然而，對磁場 生成線圍進行組裝又提出了新的挑戰(zhàn).MR流體具有與外加磁場的大小成比例的剪切強度，其中性質(zhì)發(fā)生 百分之幾百的變化可在數(shù)毫秒內(nèi)得以實現(xiàn).盡管這些材料還面臨用于產(chǎn) 生磁場的組裝線圍等問題，但是這些材料可被用作例如用于基于彈簧進 行抓持和/或松開的鎖定或松開機構(gòu).適合的MR流體材料包括例如以相對于MR組分的總體積而言體積百 分比為約5.0 4-約50X的量分散在栽體中的鐵磁性顆?；蝽槾判灶w粒， 適合的顆粒包括鐵；鐵的氧化物(包括Fe203和Fe304 ),鐵的氮化物， 鐵的碳化物，羰基鐵，鎳，鈷，二氣化鉻，以及包含前述物質(zhì)中的至少 一種的組合物；例如鎳合金，鈷合金，鐵合金如不銹鋼、硅鋼，及其它 包括鋁，硅，鈷，鎳，釩，鉬，鉻，鴒，錳和/或銅.應對顆粒尺寸進行選擇，從而使得所述顆粒在受到磁場作用時具有 多磁疇特征.顆粒直徑(例如沿顆粒的主軸測量而得)可小于或等于約 IOOO微米(,)(例如約0.1微米至約1000微米)，或者，更具體而言，約0. 5微米至約500微米，再具體而言，約IO微米至約IOO微米.栽體的粘度可小于或等于約100000厘泊(cPs)(例如約l厘泊至 約100000厘泊)，或者，更具體而言，約250厘泊至約10000厘泊， 再具體而言，約500厘泊至約IOOO厘泊，可能的栽體(例如栽流流體) 包括有機液體，特別是非極性有機液體.實例包括油(例如硅油、礦物 油、石蠟油、白油、液壓油、變壓器油、合成烴油和(例如不飽和的和 /或飽和的))；卣化有機液體(例如氯代烴類、由化烷烴、全氟化聚 醚和氟化烴)；雙酯類；聚氧化烯；硅嗣(例如氟化硅闌)；氛烷基硅 氧烷；乙二醇；以及包含前述栽體中的至少一種的組合物。同樣可以使用含水栽體，所述含水栽體特別包括親水性礦物粘土例 如膨潤土或鋰蒙脫石.所述含水栽體可包括水或包舍極性水溶性的有機 溶劑(例如曱醇、乙醇、丙醇、二甲亞砜、二甲替甲酰胺、碳酸乙烯酯、 碳酸丙烯酯、丙胡、四氫呋喃、二乙醚、乙二醇、丙二醇等)的水，以 及包含前述栽體中的至少一種的組合物，相對于MR流體的總體積而言， 栽體中的極性有機溶劑的量體積百分比可小于或等于約5.0X (例如約 0.1%至約5. OX),或者，更具體而言，約l. 0X至約3. 0、所述含水栽 體的pH值可小于或等于約13(例如約5. 0至約13)，或者，更具體而 言，約8. 0至約9.0.當含水栽體包括天然和/或合成的膨潤土和/或鋰蒙脫石時，相對于MR流體的總重量而言，MR流體中的粘土 (膨潤土和/或鋰蒙脫石)的量 重量百分比可小于或等于約10%,或者，更具體而言，約0. U至約8. 或者，再具體而言，約1. 0%至約6. 0、或者，甚至更具體而言，約2. 0X 至約6. 0、MR流體中的可選組分包括粘土 (例如有機粘土)、羧酸酯皂、分 散刑、腐蝕抑制劑、潤滑劑、耐磨添加刑、抗氣化劑、觸變刑和/或懸 浮試劑.羧酸醋皂包括含鐵油酸醋、含鐵環(huán)烷酸脂、二硬脂酸鋁和三硬 脂酸鋁、硬脂酸鋰、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅和/或硬脂酸鈉；表面活性刑 (例如橫酸鹽、磷酸脂、硬脂酸、油酸甘油醋、倍半異硬脂酸山梨糖醇 酐、月桂酸酯、脂肪酸、脂肪醇、氟代脂肪族聚酯)；和偶聯(lián)劑(例如 鈦酸鹽、鋁酸鹽和鋯酸鹽)；以及包含前述物質(zhì)中的至少一種的組合物.還可以包括聚(亞烷基)二醇例如聚乙二醇和部分酯化的多元醇.電流變(ER)流體與MR流體的相似點在于電流變(ER)流體在受到外加場的作用時其剪切強度產(chǎn)生變化，在該情況下，所述場是電壓場而不是磁場.響應快速且與外加磁場的強度成比例.然而，其幅值小于MR 流體的幅值并且一般需要數(shù)千伏特.電活性聚合物(EAP)是具有低彈性模量介電材料的中間層的一對電 極的層壓材料，在所述電極之間施加電位使中間層受到擠壓，導致其在 平面內(nèi)膨脹。電活性聚合物(EAP)具有與外加場成比例的響應并且可在 高頻條件下受到致動.已對EAP漸變層壓板進行了展示。其主要缺點在 于電活性聚合物(EAP)要求外加電壓比壓電材料所需的電壓大約三個 數(shù)量級.電活性聚合物包括響應于電場或磁場具有壓電、熱電或電致伸縮性 質(zhì)的那些聚合材料.電致伸縮接枝彈性體的一個實例是壓電聚 (VDF-TrFE)的共聚物.該組合物具有產(chǎn)生變化量的鐵電-電致伸縮分 子復合體系的能力.適于用作電活性聚合物的材料可包括各種基本上絕緣的聚合物和/ 或橡膠，所述材料響應于靜電作用力產(chǎn)生形變或者其形變導致電場發(fā)生 變化.適于用作預加應變聚合物的示例性材料包括硅嗣彈性體、丙烯酸 系彈性體、聚氨酯、熱塑性彈性體、包含PVDF的共聚物、壓敏膠粘劑、 含氟彈性體、包含硅胡和丙烯酸系的聚合物(例如包含硅嗣和丙烯酸系 的共聚物、包含硅酮彈性體和丙烯酸系彈性體的聚合物混合物等)?？梢曰诶巛^高的電擊穿強度、較低的彈性模量(例如對于較大 或較小形變而言)、較大的介電常數(shù)等材料性質(zhì)對用作電活性聚合物的 材料進行選擇.在一個實施例中，可對聚合物進行選擇從而使得其具有 小于或等于約100MPa的彈性模量.在另一個實施例中，可對聚合物進 行選擇從而使得其具有約0. 05MPa至約10MPa的最大致動壓力，或者， 更具體而言，約0. 3MPa至約3MPa。在又一個實施例中，可對聚合物進 行選擇從而使得其具有約2至約20的介電常數(shù)，或者，更具體而言， 約2. 5至約12.本申請的披露內(nèi)容不旨在受到這些范圍的限制.理想地， 如果材料既要具有較大的介電常數(shù)又要具有較大的介電強度，那么具有 比上面給定的范圍更大的介電常數(shù)的材料是所期望的.在許多情況下， 電活性聚合物可被制造和實施成薄膜，例如厚度小于或等于約50微米 的薄膜.由于電活性聚合物在高應變條件下可產(chǎn)生撓曲，因此附接到聚合物 上面的電極在不損害機械或電學特性的條件下也應產(chǎn)生撓曲. 一般來 說，所使用的電極可具有任何形狀和包含任何材料，只要所述電極能夠 向電活性聚合物供應合適的電壓或者接收來自電活性聚合物的合適的電壓即可，所述電壓要么是恒定的，要么是隨時間而變化的.在一個實 施例中，電極附到聚合物的表面上面。附到聚合物上面的電極可以是柔 順的且適于改變聚合物的形狀，該電極可僅應用于電活性聚合物的一部分并且根據(jù)其幾何形狀限定出活性區(qū)域，各種類型的電極包括具有金 屬跡線和電荷分布層的結(jié)構(gòu)電極；具有變化不定的平面尺寸的織構(gòu)化電 極；導電油脂(例如碳脂和銀脂)、膠狀懸浮體、具有較高縱橫比的導 電材料(例如碳的原纖維和碳納米管、以及離子導電材料的混合物)； 以及包含前述電極中的至少一種的組合.示例性的電極材料包括石墨、炭黑、膠狀懸浮體、金屬(包括銀和 金)、充填凝膠和聚合物(例如填充銀和碳的凝膠和聚合物)、和離子 傳導或電子傳導聚合物以及包含前述物質(zhì)中的至少一種的組合物.應該 理解當使用特定的聚合物時， 一些電極材料可良好地進行工作，對于 其它材料而言，情況并非如此.通過實例的方式，碳的原纖維利用丙烯 酸系彈性體聚合物良好地進行工作，而使用硅稱聚合物時效果并不好.磁致伸縮材料是當受到外部磁場作用時能夠產(chǎn)生較大的機械形變 的固體材料.磁致伸縮現(xiàn)象歸因于材料中小磁疇的轉(zhuǎn)動，在沒有暴露于 磁場中時，小磁疇無序取向.鐵磁性或鐵磁性固體的形狀變化是最大的. 這些材料具有非?？斓捻憫阅埽宜鰬兣c外加磁場強度成比例， 并且磁致伸縮材料在去掉場后回復到其初始尺寸。然而，這些材料具有 約0.1X至約0. 2%的最大應變率，有利地，上文中所披露的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)根據(jù)需求能夠通過利 用活性材料響應于外部刺激、響應于由傳感器測得的狀態(tài)而生成的激活 信號、或環(huán)境變化，永久地或可逆地產(chǎn)生適應性的特征變化.基于活性 材料的承栽結(jié)構(gòu)在不需要明顯量的外部栽荷的情況下能夠產(chǎn)生較大的形變并且限制了在顯著載荷條件下的撓曲量，由此根據(jù)現(xiàn)有條件和/或 偏好提供了經(jīng)過調(diào)節(jié)的響應.由于活性材料所具有的獨特特性，上文中 所披露的所有阻抗調(diào)節(jié)方法在承載結(jié)構(gòu)處于使用狀態(tài)時都能夠被實施 和/或受到控制.本說明書通過多個實例對本發(fā)明包括最佳方式進行了描述，同時也 使得本領域的技術(shù)人員能夠使用和利用本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍由權(quán) 利要求書進行限定且可包括本領域的技術(shù)人員能夠意識到的實例.如果 包括與權(quán)利要求書用語相一致的結(jié)構(gòu)元件或者包括與權(quán)利要求書用語 不存在顯著差異的等效的結(jié)構(gòu)元件，那么一些其它實例旨在落入權(quán)利要 求書的范圍內(nèi).
權(quán)利要求
1、一種阻抗可調(diào)的承載結(jié)構(gòu)，包括包含活性材料的被構(gòu)造成用以支承載荷的支柱，其中活性材料在暴露于活化狀態(tài)下時性質(zhì)發(fā)生變化，其中該性質(zhì)的變化對于改變支柱的阻抗特征而言是有效的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中所述活性材 料包括形狀記憶聚合物、形狀記憶合金、鐵磁性形狀記憶合金、電活性 聚合物、壓電材料、磁流變彈性體、電流變彈性體或包含前述活性材料 中的至少一種的組合物.
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中性質(zhì)的變化 包括彈性模量、形狀、尺寸、形態(tài)取向、部件位置、相變或包含前述性質(zhì)中的任何一種的組合發(fā)生變化，
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中阻抗特征的 變化包括剛硬度的變化、阻尼容量的變化、屈服強度的變化、剪切強度 的變化、受力撓曲行為的變化、形變的優(yōu)選模式的變化、承栽性能的變 化、所述結(jié)構(gòu)內(nèi)載荷路徑的變化、能量吸收性能的變化或包含前述特征 中的至少一種的組合的變化.
5、根據(jù)權(quán)利要求l所迷的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，進一步包括與活 性材料操作相連用以向所述活性材料提供活化狀態(tài)的激活裝置，其中所 述活化狀態(tài)包括熱激活信號、電激活信號、磁性激活信號、化學激活信 號、機械信號或包含前述激活信號中的至少一種的組合.
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中所述支柱進 一步包括笫一部分、笫二部分和笫三部分，其中所述笫二部分包含活性 材料且被設置在笫一部分與第三部分之間.
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中所述支柱進 一步包括平的部分，所述平的部分具有與角形部分物理連通的第一孔， 所述角形部分具有與所述第一孔共軸對齊的第二孔；和被設置在所述笫 一孔和笫二孔中的銷，其中所述活性材料適于致動所述銷.
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中所述銷包含 活性材料.
9、 一種阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，包括 被構(gòu)造成用以支承栽荷的支柱，所述支柱包括具有第一平面和笫二平面的上部部分，其中斜梁元件被設置在笫一平面與第二平面之間；與所述上部部分的第二平面物理相連的包含活性材料的笫一圃盤， 其中活性材料在暴露于活化狀態(tài)下時性質(zhì)發(fā)生變化，其中該性質(zhì)的變 化對于改變支柱的柔量特征而言是有效的；和與所述第一圓盤物理相連的第二圃盤.
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中所迷活性材 料包括形狀記憶聚合物、形狀記憶合金、鐵磁性形狀記憶合金、電活性 聚合物、壓電材料、磁流變彈性體、電流變彈性體或包含前述活性材料 中的至少一種的組合物，
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中性質(zhì)的變化 包括彈性模量、形狀、尺寸、形態(tài)取向、部件位置、相變或包含前述性 質(zhì)中的任何一種的組合發(fā)生變化.
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，其中阻抗特征的 變化包括剛硬度的變化、阻尼容量的變化、屈服強度的變化、剪切強度 的變化、受力撓曲行為的變化、承栽性能的變化、能量吸收性能的變化 或包含前述特征中的至少一種的組合的變化.
13、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的阻抗可調(diào)的承栽結(jié)構(gòu)，進一步包括與活 性材料操作相連用以向所述活性材料提供活化狀態(tài)的激活裝置，其中所 述活化狀態(tài)包括熱激活信號、電激活信號、磁性激活信號、化學激活信 號、機械信號或包含前述激活信號中的至少一種的組合.
14、 一種用于改變承栽結(jié)構(gòu)的阻抗特征的方法，所述方法包括以下 步驟將承栽結(jié)構(gòu)設置在基底與栽荷的中間，其中所迷承載結(jié)構(gòu)包括被構(gòu) 造成用以支承栽荷的支柱，其中所迷支柱包含活性材料；并且激活活性材料從而使活性材料的性質(zhì)發(fā)生變化，其中該性質(zhì)的變化 對于改變承載結(jié)構(gòu)的阻抗特征而言是有效的.
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述活性材料包括形狀記 憶聚合物、形狀記憶合金、鐵磁性形狀記憶合金、電活性聚合物、壓電 材料或包含前述活性材料中的至少一種的組合物.
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中性質(zhì)的變化包括彈性模量、 形狀、尺寸、形態(tài)取向、部件位置、相變或包含前述性質(zhì)中的任何一種的組合發(fā)生變化.
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中阻抗特征的變化包括剛硬 度的變化、阻尼容量的變化、屈服強度的變化、剪切強度的變化、受力 撓曲行為的變化、承栽性能的變化、能量吸收性能的變化或包含前述特 征中的至少一種的組合的變化.
18、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中通過使用與活性材料搮作 相連的激活裝置實施激活活性材料的步驟，其中所迷激活裝置可工作用 以選擇性地向所述活性材料施加激活信號，
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述激活信號包括熱激活 信號、電激活信號、磁性激活信號、化學激活信號、機械信號或包含前 述激活信號中的至少一種的組合，
20、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將承栽結(jié)構(gòu)設置在基底與 栽荷的中間的步驟進一步包括激活活性材料以相對于基底對栽荷進行 定位，以及對所迷活性材料進行去活化從而將栽荷保持處于適當?shù)奈?置處.
全文摘要
一種阻抗可調(diào)的承載結(jié)構(gòu)包括包含活性材料的被構(gòu)造成用以支承載荷的支柱，其中活性材料在暴露于活化狀態(tài)下時性質(zhì)發(fā)生變化，其中該性質(zhì)的變化對于改變支柱的阻抗特征而言是有效的。
文檔編號F16S5/00GK101319750SQ20081010826
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者A·L·布勞恩, H·穆哈馬德, J·W·威爾斯, K·A·斯特倫, N·D·曼卡姆, N·L·約翰遜, P·W·亞歷山大 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司