CN101657961A - 导电性高分子致动器、其制造方法及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提高导电性高分子膜与固体电解质膜彼此之间的粘合性、可靠地完成弯曲型动作的导电性高分子致动器的动作。本发明的导电性高分子致动器具有固体电解质膜和在上述固体电解质膜的至少一个面上的导电性高分子膜的叠层结构，其中，上述固体电解质膜由有机聚合物和离子液体的混合物构成，上述有机聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种以上，上述导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成，并且，上述导电性高分子膜中含有聚乙二醇。

Description

导电性高分子致动器、其制造方法及其驱动方法
技术领域
本发明涉及能够适用于家庭用机器人等的导电性高分子致动器、其制造方法及其驱动方法。特别是涉及利用电化学反应的致动器及其制造方法。
背景技术
近年来，在医疗和家庭用的机器人领域中，小型且轻量、富有柔软性的致动器的必要性逐渐增高。其原因在于，希望在家庭或办公室、医院等中帮助家务或帮助工作、以及帮助护理老年人或残障人士等人的机器人活跃在人的周围，用于使该机器人动作的致动器要求具有人的肌肉那样的性质(例如，即使接触也不会受伤的安全性和即使碰撞也不会觉得疼痛的柔软性等)。
作为小型且轻量的致动器，静电引力型、压电型、超声波式和形状记忆合金式等已经被实用化，然而，若使用无机材料，根据其动作原理不可能获得富有柔软性的致动器。因此，近年来，在各方面广泛地进行通过使用高分子等的有机材料实现轻量且富有柔软性的致动器的尝试。
例如，有利用电场使凝胶弯曲的致动器(专利文献1)、在介电性弹性体薄膜间施加强电场而使其变形的致动器(非专利文献1)、通过氧化还原反应使导电性高分子伸缩的致动器(专利文献2)等。
对利用电场使凝胶弯曲的方式的致动器而言，其产生应力小，若不连续施加电场则不能保持弯曲性，因而存在消耗电力增多的问题。另外，对使用介电性弹性体薄膜的致动器而言，变形需要施加数百～数千伏的高电压，在用于家庭用机器人的情况下，存在因电压过高而有触电等危险性的问题。另一方面，利用伴随导电性高分子的氧化还原而产生的伸缩的导电性高分子致动器，具有以下的特征：具有比较简单的结构，容易实现小型化和轻量化，富有柔软性，能够在数伏的低电压下驱动，产生应力也足够大。
利用导电性高分子的伸缩的弯曲型致动器，如图2所示，为在固体电解质膜的至少一个面上叠层导电性高分子膜的结构。在图2中，201为致动器元件，202a、202b为导电性高分子膜，203为固体电解质膜，204a、204b为电极。在仅在固体电解质膜的一个面上叠层导电性高分子膜的情况下，为了施加电压，在固体电解质膜的另一个面上形成金属电极薄膜(对电极)。为了施加电压，有时也在导电性高分子膜上形成金属电极薄膜。并且，通过在导电性高分子膜与对电极之间、或在导电性高分子膜间施加规定的电压，使叠层膜弯曲。可以认为其弯曲的动作原理如下所述。即，通过施加电压，导电性高分子发生氧化还原，伴随该反应，离子进入导电性高分子膜中或从其中取出。由于该离子的出入，导致导电性高分子膜的体积发生变化，使其与不发生体积变化的固体电解质膜叠层，所以致动器发生弯曲。在例如图2的结构中，在离子进入上侧的导电性高分子膜中、或离子从下侧的导电性高分子膜中取出的情况下，致动器向下方弯曲；反之，在离子从上侧的导电性高分子膜中取出、或离子进入下侧的导电性高分子膜中的情况下，致动器向上方弯曲。
作为致动器所使用的导电性高分子，有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物(专利文献2)。
对导电性高分子致动器而言，作为其动作原理，利用离子伴随着导电性高分子的电的氧化还原而在导电性高分子膜中的出入，因此，为了驱动该动作，需要电解质作为离子供给源，而且，为了使其在空气中动作，需要在室温附近的温度下具有足够的离子导电性的固体电解质，近年研究制造出被命名为离子凝胶的材料。这种材料是使在离子液体中分散的聚合物或单体的至少任意一种凝胶化、并在凝胶的三维网状结构中保持离子液体的材料，其具有柔软性，并且在室温下达到10-2S/cm，为现有的聚醚系高分子固体电解质的100倍以上的值(非专利文献2)。
此外，作为与本发明关联的文献，可以列举专利文献3和专利文献4。
在专利文献3中，公开了一种高分子致动器设备。而且，在其图9及其说明中，公开了一种包括控制电极A(参考标记：203)、由导电性高分子构成的电解位移部A(参考标记201)、电解质部(参考标记：202)、由导电性高分子构成的电解位移部B(参考标记：201′)和控制电极B(参考标记：203′)构成的高分子致动器装置。
并且，在专利文献3的0077段中，记载了作为导电性高分子优选聚噻吩的技术方案。在专利文献3的0078段中，公开了作为高分子固体电解质使用聚偏氟乙烯等氟系高分子或其共聚物的技术方案。并且，公开了可以在其基本骨架中导入磺酸。
在专利文献4中，公开了导电性高分子凝胶及其制造方法、致动器、离子导入用插入标记及生物电极。并且，在专利文献4的0069段(实施例7)中，公开了在聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚(乙烯磺酸)的胶质分散液(简写为PEDOT/PSS)中添加聚乙二醇的技术方案。
专利文献1：日本特开平11-206162号公报
专利文献2：日本特开2006-050780号公报
专利文献3：日本特开2006-129541号公报
专利文献4：日本特开2005-145987号公报
非专利文献1：R.Pelrine，R.Kornbluh，Q.Pei and J.Joseph：Science，287，836-839(2000)
非专利文献2：イオン性液体-開発の最前
Figure G2008800021941D00031
と未来-2003年(离子性液体-开发的最前沿和未来，2003年)，大野弘幸主编，CMC出版
发明内容
虽然在现有的导电性高分子致动器中使用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物作为导电性高分子，但是这些导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜彼此之间的粘合性差。因此，在叠层导电性高分子膜和由离子凝胶构成的固体电解质膜形成弯曲型致动器的情况下，存在当其动作时导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜剥离的问题。
本发明的目的在于，提高导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜彼此之间的粘合性，提供一种即使反复动作也不会劣化的弯曲型导电性高分子致动器。本发明的目的还在于提供一种用于实现该致动器的制造方法。
本发明提供一种导电性高分子致动器，其特征在于：具有固体电解质膜和在上述固体电解质膜的至少一个面上的导电性高分子膜的叠层结构，其中，上述固体电解质膜由有机聚合物和离子液体的混合物构成，上述有机聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种以上，上述导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成，并且，上述导电性高分子膜中含有聚乙二醇。
此外，本发明还提供一种导电性高分子致动器的制造方法，其特征在于：该导电性高分子致动器具有固体电解质膜和在上述固体电解质膜的至少一个面上的导电性高分子膜的叠层结构，其中，上述固体电解质膜由有机聚合物和离子液体的混合物构成，上述有机聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种以上，上述导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成。上述导电性高分子致动器的制造方法，包括：在上述导电性高分子膜中混合聚乙二醇的工序；和在上述固体电解质膜的至少一个面叠层上述导电性高分子膜的工序。
发明效果
根据本发明，导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜的粘合性提高，实现即使反复动作特性也不会降低的弯曲型动作的导电性高分子致动器。
附图说明
图1为本发明的实施方式的致动器的截面示意图。
图2为现有的弯曲型致动器的截面示意图。
符号说明
101：致动器元件；102a：导电性高分子膜；102b：导电性高分子膜；103：固体电解质膜；104a：电极；104b：电极；201：致动器元件；202a：导电性高分子膜；202b：导电性高分子膜；203：固体电解质膜；204a：电极；204b：电极。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施形态。
图1是本发明的实施方式的致动器的截面示意图。致动器101由导电性高分子膜102a、102b、固体电解质膜103的叠层体构成，并以夹持导电性高分子膜102a、102b的一端的方式设置有电极105a、105b。通过在电极105a和电极105b之间施加几伏的电压，致动器101以由电极105a、105b夹持的部分作为固定部进行弯曲动作。
本发明所使用的导电性高分子具有共轭双键，因此，π电子在高分子整体中扩散，提供电子导电性。可以认为通过高分子中掺杂的氧化剂与高分子中的π电子的相互作用生成的极化子和双极化子充当电荷载流子，从而引起导电性高分子的导电。在本发明中，导电性高分子可以使用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物，但是优选含有聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)，更优选使用聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)与聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物。由于聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)能够使该单体预先进行化学聚合，所以仅通过在基板上涂布分散有该高分子的液体就能够形成导电性高分子膜。因此，通过采用旋涂法或狭缝涂布法、棒涂法、浸渍涂布法、流延涂布法，能够容易地在大面积的基板上实现均匀厚度的高分子膜。并且，制造方法也简单，适于批量化生产。
构成上述导电性高分子的混合物的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)分别由下述化学式1和化学式2表示。聚乙烯二氧噻吩的特征在于，由于化学活性的五元环的β位预先被氧修饰、非活性化，所以不易受到氧化劣化。另外，在混合物中，聚苯乙烯磺酸通过离子键与聚乙烯二氧噻吩牢固地结合。
[化学式1]
Figure G2008800021941D00061
[化学式2]
Figure G2008800021941D00062
本发明的发明人发现：为了提高导电性高分子膜与固体电解质膜的粘合性，在导电性高分子中混入与该分子不同的有机分子是非常有效的。本发明的发明人还发现：特别是通过使用聚乙二醇作为有机分子，能够显著地提高其粘合性。混合有聚乙二醇的导电性高分子膜可以采用下述方法制作：制作在导电性高分子分散液或溶液中溶解有聚乙二醇的液体，并将其涂布在基板上，然后进行干燥。作为聚乙二醇相对于导电性高分子分散液或溶液(导电性高分子固体含量为1重量％)的混合比例，优选为0.05重量％～10重量％，更优选为0.1重量％～5重量％。在混合比例低于该范围时，不能获得导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜的粘合性提高的效果，在使制得的致动器动作时，导电性高分子膜与固体电解质膜剥离，难以完成弯曲动作。另一方面，在混合比例高于该范围时，难以得到导电性高分子的膜。
虽然尚未清楚地明确决定导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜之间的粘合性的机理，但是本发明的发明人根据大量的实验，尽管基于现象论，但仍发现由于导电性高分子膜表面对水的润湿性的差异，粘合性发生很大的变化。并且可知：通过在导电性高分子中混合与该高分子不同的有机分子，其润湿性发生变化。例如，在仅为由PEDOT和PSS的混合物构成的导电性高分子膜的情况下或在其中混合聚乙烯醇的情况下，制得的致动器的导电性高分子膜与由离子凝胶构成的固体电解质膜不粘合、难以进行弯曲动作。此时的导电性高分子膜表面对纯水的静接触角为41.1°以上。与此对照，在由PEDOT和PSS的混合物构成的导电性高分子中混合聚乙二醇而制得的致动器，与由离子凝胶构成的固体电解质膜牢固地粘合，能够进行弯曲动作。此时高分子膜表面对纯水的静接触角为35.5°以下。根据这些结果可以推测其原因在于：在接触角小于规定值的情况下，导电性高分子膜表面的极性基的密度为一定值以上，该极性基的密度影响与固体电解质膜构成分子之间的结合。
本发明所使用的固体电解质膜103是使在离子液体中分散的聚合物或单体的至少任意一种凝胶化、在凝胶的三维网状结构中保持有离子液体的被命名为离子凝胶的材料，其具有柔软性，并且在室温下达到10-2S/cm，为现有的聚醚系高分子固体电解质的100倍以上的值。作为固体电解质膜，可以单独使用离子凝胶，也可以使离子凝胶含浸在纸或膜滤器等的多孔膜内使用。
离子液体是称为常温熔融盐或也简称为熔融盐等的物质，是在包括常温(室温)在内的范围广泛的温度区间内呈熔融状态的盐。
在本发明中，可以使用公知的各种离子液体，但优选在常温(室温)或接近常温(室温)的温度下呈液体状态且稳定的离子液体。
作为本发明中优选使用的离子液体，可以例示由下述化学式3～化学式6所示的阳离子和阴离子(X-)构成的离子液体。
[化学式3]
Figure G2008800021941D00071
[化学式4]
[化学式5]
[NRxH4-x]+
[化学式6]
[PRxH4-x]+
在上述化学式3～化学式6中，R表示碳原子数为1～12的烷基或含有醚键且碳与氧的总数为3～12的烷基。在化学式3中，R1表示碳原子数为1～4的烷基或氢原子。在化学式3中，优选R与R1不同。在化学式5和化学式6中，x分别为1～4的整数。在本发明中，更优选化学式3所示的咪唑鎓离子。
作为阴离子(X-)，优选选自四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、双(三氟甲烷磺酰)亚胺阴离子、高氯酸阴离子、三(三氟甲烷磺酰)碳酸阴离子、三氟甲烷磺酸阴离子、二氰胺阴离子、三氟乙酸阴离子、有机羧酸阴离子和卤离子中的至少一种。
作为为了制得作为离子凝胶的凝胶状组合物而使用的有机聚合物，可以列举偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)。
另外，通过使单体(例如甲基丙烯酸甲酯，MMA)、交联剂(例如乙二醇二甲基丙烯酸酯，EGDMA)、聚合引发剂(例如偶氮二异丁腈，AIBN)溶解在离子液体中、在离子液体中进行聚合反应而形成有机聚合物，也能够制得作为离子凝胶的凝胶状组合物。
将上述离子液体与上述聚合物或单体的至少任意一种混合，调制离子凝胶前体，将其加热，然后进行冷却，由此得到固体电解质。但是，从强度和离子导电性的观点出发，在离子液体和有机聚合物的情况下，重量比优选为9∶1～6∶4，更优选为8∶2～7∶3。另外，在离子液体和单体的情况下，摩尔比优选为3∶7～7∶3，更优选为4∶6～6∶4。
作为电极，只要是具有电子传导性、不与导电性高分子发生化学反应且容易进行与导电性高分子的电子的授受即可，可以使用金、银、铂、铜、铬等金属以及含碳板。
下面，列举实施例，进一步详细地说明本发明的致动器，但本发明并不限于此。
(实施例1)
[制作混合有有机分子的导电性高分子膜]
在丙酮清洗后进行了氧等离子体处理的载玻片上，滴加规定量的溶解有5重量％的二甲亚砜(DMSO)和1重量％的聚乙二醇8000的PEDOT与PSS的混合物的水分散液(Starck社生产，商品名为BAYTRON PH500)。然后，在室温下自然干燥使溶剂挥发，在载玻片上形成导电性高分子膜。最后，使用剃刀，将导电性高分子膜从载玻片上剥离。所得的导电性高分子膜的平均厚度为10μm，用四探针法测得的电导率为300S/cm，对纯水的静接触角为23.0°。
[调制离子凝胶原料]
对用于制作离子凝胶的离子液体而言，作为阳离子，使用乙基甲基咪唑鎓(EMI)；作为阴离子，使用双(三氟甲烷磺酰)亚胺[(CF3SO2)2N-](TFSI)。作为混合的聚合物，使用偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。以重量比计，EMITFSI与P(VDF/HFP)的混合比为8∶2。在混合后，使用磁力搅拌器进行充分搅拌。以下，将该混合液称为离子凝胶前体。
[制作电解质离子凝胶]
将0.1mm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片裁断为76mm×26mm的大小，使其与大小为76mm×26mm的载玻片贴紧，制作两组。然后，使两张PET片以隔开规定的间隔相对的方式夹住40μm厚的电容器隔板纸而制得的载玻片贴紧。此时，预先使离子凝胶前体含浸在电容器隔板纸中。然后，使用恒温槽在100℃加热30分钟，然后冷却至室温，由此制得厚度为40μm的离子凝胶含浸纸。由于PET片与离子凝胶含浸纸彼此之间的粘合性极低，所以能够容易剥离。以下，将这里制得的离子凝胶含浸纸称为电解质离子凝胶。
[叠层电解质离子凝胶-导电性高分子膜]
使导电性高分子膜对着电解质离子凝胶的两面重叠，使用恒温槽在100℃加热30分钟，然后冷却至室温，由此形成导电性高分子膜/电解质离子凝胶/导电性高分子膜的三层结构体。将该三层结构体裁断为宽2.5mm、长15mm，在沿长度方向距离其一端部5mm的区域安装宽2mm、长10mm的铂电极，制得可动部长度为10mm的弯曲型导电性高分子致动器。
利用使用激光位移仪的三角测定，评价弯曲位移量。三角测定的测定点为沿长度方向距离电极安装部5mm的位置。
向该致动器施加±1.0V的电压时，在电解质离子凝胶-导电性高分子膜界面未发生剥离，进行响应施加电压的弯曲动作。将以1Hz的矩形波驱动时的位移量表示于表1。
[表1]
  驱动次数(次)   1   60   120   600   1800   5400
  实施例1位移量(mm)   0.54   0.53   0.50   0.46   0.45   0.42
表1表示，该结构的弯曲型导电性高分子致动器的导电性高分子膜与固体电解质膜的粘合性优异，能够长期动作。
(实施例2)
[制作混合有有机分子的导电性高分子膜]
在丙酮清洗后进行了氧等离子体处理的硅基板上，滴加规定量的溶解有5重量％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)和5重量％的聚乙二醇8000的PEDOT与PSS的混合物的水分散液(Starck社生产，商品名为BAYTRON PH500)。然后，在室温下自然干燥使溶剂挥发，在硅基板上形成导电性高分子膜。最后，将硅基板浸渍在50体积％的氢氧化钾水溶液中，将导电性高分子膜从基板上剥离。所得的导电性高分子膜的平均厚度为8μm，用四探针法测得的电导率为280S/cm，对纯水的静接触角为25.1°。
[调制离子凝胶原料]
对用于制作离子凝胶的离子液体而言，作为阳离子，使用丁基甲基咪唑鎓(BMI)；作为阴离子，使用六氟磷酸阴离子(PF6 -)。作为混合的聚合物，使用偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。以重量比计，EMITFSI与P(VDF/HFP)的混合比为8∶2。在混合后，使用磁力搅拌器充分搅拌。以下，将该混合液称为离子凝胶前体。
[制作电解质离子凝胶]
将0.1mm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片裁断为76mm×26mm的大小，使其与大小为76mm×26mm的载玻片贴紧，制作两组。然后，使两张PET片以隔开规定的间隔相对的方式夹住40μm厚的电容器隔板纸而制得的载玻片贴紧。此时，预先使离子凝胶前体含浸在电容器隔板纸中。然后，使用恒温槽在100℃加热30分钟，然后冷却至室温，由此制得厚度为40μm的离子凝胶含浸纸。由于PET片与离子凝胶含浸纸彼此之间的粘合性极低，所以能够容易剥离。以下，将这里制得的离子凝胶含浸纸称为电解质离子凝胶。
[叠层电解质离子凝胶-导电性高分子膜]
使导电性高分子膜对着电解质离子凝胶的两面重叠，使用恒温槽在100℃加热30分钟，然后冷却至室温，由此形成导电性高分子膜/电解质离子凝胶/导电性高分子膜的三层结构体。将该三层结构体裁断为宽2.5mm、长15mm，在沿长度方向距离其一端部5mm的区域安装宽2mm、长10mm的铂电极，制得可动部长度为10mm的弯曲型导电性高分子致动器。
向该致动器施加±1.0V的电压时，在电解质离子凝胶-导电性高分子膜界面未发生剥离，进行响应施加电压的弯曲动作。将以1Hz的矩形波驱动时的位移量表示于表2。
[表2]
  驱动次数(次)   1   60   120   600   1800   5400
  实施例2位移量(mm)   0.52   0.51   0.47   0.44   0.42   0.40
表2表示，该结构的弯曲型导电性高分子致动器的导电性高分子膜与固体电解质膜的粘合性优异，能够长期动作。
(实施例3)
溶解0.05重量％、0.1重量％、0.5重量％、5重量％、10重量％的聚乙二醇8000，除此之外，与实施例1同样操作，制得弯曲型导电性高分子致动器。向这些致动器施加±1.0V的电压时，在电解质离子凝胶-导电性高分子膜界面未发生剥离，进行响应施加电压的弯曲动作。作为位移量，利用1Hz的矩形波，初始的10次平均位移量为0.50mm以上。这些致动器在与实施例1和实施例2同样地长期连续驱动中，也能够稳定地进行弯曲动作。另一方面，溶解有20重量％的聚乙二醇8000的分散液形成的膜质非常脆，无法与实施例1同样操作制得弯曲型导电性高分子致动器。
[表3]
  聚乙二醇混合量(重量％)   0   0.05   0.1   0.5
  导电性高分子致动器的制作和弯曲动作   不发生弯曲动作   0.50mm以上弯曲动作   0.50mm以上弯曲动作   0.50mm以上弯曲动作
  聚乙二醇混合量(重量％)   1   5   10   20
  导电性高分子致动器的制作和弯曲动作   0.50mm以上弯曲动作   0.50mm以上弯曲动作   0.50mm以上弯曲动作   无法制作致动器
(比较例1)
在丙酮清洗后进行了氧等离子体处理的载玻片上，滴加规定量的溶解有5重量％的二甲亚砜(DMSO)的PEDOT与PSS的混合物的水分散液(Starck社生产，商品名为BAYTRON PH500)。然后，在室温下自然干燥使溶剂挥发，在载玻片上形成导电性高分子膜。最后，使用剃刀，将导电性高分子膜从载玻片上剥离。所得膜对纯水的静接触角为45.5°。
使导电性高分子膜重叠在与实施例1同样操作制作的电解质离子凝胶的两面，使用恒温槽在100℃加热30分钟，然后冷却至室温，从而使电解质离子凝胶与导电性高分子膜粘合，形成三层结构体。将该三层结构体裁断为宽2.5mm、长15mm，在沿长度方向距离其一端部5mm的区域安装宽2mm、长10mm的铂电极，制得可动部长度为10mm的弯曲型导电性高分子致动器。
该致动器的电解质离子凝胶与导电性高分子膜的粘合性极低，在施加±1.0V的电压时，在电解质离子凝胶-导电性高分子膜界面发生剥离，不能进行响应施加电压的弯曲动作，作为位移量，利用1Hz的矩形波，初始的10次平均位移量为0.05mm以下。(表3)
(比较例2)
在丙酮清洗后进行了氧等离子体处理的硅基板上，滴加规定量的溶解有5重量％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)的PEDOT与PSS的混合物的水分散液(Starck社生产，商品名为BAYTRON PH500)。然后，在室温下自然干燥使溶剂挥发，在硅基板上形成导电性高分子膜。最后，将硅基板浸渍在50体积％的氢氧化钾水溶液中，将导电性高分子膜从基板上剥离。所得的导电性高分子膜对纯水的静接触角为41.1°。
使导电性高分子膜重叠在与实施例2同样操作制作的电解质离子凝胶的两面，使用恒温槽在100℃加热30分钟，然后冷却至室温，从而使导电性高分子膜与电解质离子凝胶粘合，形成三层结构体。将该三层结构体裁断为宽2.5mm、长15mm，在沿长度方向距离其一端部5mm的区域安装宽2mm、长10mm的铂电极，制得可动部长度为10mm的弯曲型导电性高分子致动器。
该致动器的电解质离子凝胶与导电性高分子膜的粘合性极低，在施加±1.0V的电压时，在电解质离子凝胶-导电性高分子膜界面发生剥离，不能进行响应施加电压的弯曲动作，作为位移量，利用1Hz的矩形波，初始的10次平均位移量为0.05mm以下。(表3)
(比较例3)
在丙酮清洗后进行了氧等离子体处理的载玻片上，滴加规定量的溶解有5重量％的二亚甲砜(DMSO)和1重量％的聚乙烯醇22000的PEDOT与PSS的混合物的水分散液(Starck社生产，商品名为BAYTRON PH500)。然后，在室温下自然干燥使溶剂挥发，在载玻片上形成导电性高分子膜。最后，使用剃刀，将导电性高分子膜从载玻片上剥离。所得的膜对纯水的静接触角为60.4°。
使导电性高分子膜重叠在与实施例1同样操作制作的电解质离子凝胶的两面，使用恒温槽在100℃加热30分钟，然后冷却至室温，从而使电解质离子凝胶与导电性高分子膜粘合，形成三层结构体。将该三层结构体裁断为宽2.5mm、长15mm，在沿长度方向距离其一端部5mm的区域安装宽2mm、长10mm的铂电极，制得可动部长度为10mm的弯曲型导电性高分子致动器。
该致动器的电解质离子凝胶与导电性高分子膜的粘合性极低，在施加±1.0V的电压时，在电解质离子凝胶-导电性高分子膜界面发生剥离，不能进行响应施加电压的弯曲动作，作为位移量，利用1Hz的矩形波，初始的10次平均位移量为0.05mm以下。
产业上的可利用性
根据本发明，能够简便地制造小型且轻量、富有柔软性的高可靠性的致动器，能够适用于医疗、工业以及家庭用的机器人或者微型机械等领域。

Claims (9)

1.一种弯曲型导电性高分子致动器，其特征在于：
该弯曲型导电性高分子致动器由依次叠层有第一电极、固体电解质膜、导电性高分子膜和第二电极的叠层体构成，
所述固体电解质膜由有机聚合物和离子液体的混合物构成，
所述有机聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种以上，
所述导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成，并且，
所述导电性高分子膜中含有聚乙二醇。
2.如权利要求1所述的弯曲型导电性高分子致动器，其特征在于：
在所述第一电极和所述固体电解质膜之间具有第二导电性高分子膜，
所述第二导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成，并且，
所述第二导电性高分子膜中含有聚乙二醇。
3.如权利要求1所述的弯曲型导电性高分子致动器，其特征在于：
所述有机聚合物是所述偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。
4.一种弯曲型导电性高分子致动器的制造方法，其特征在于：
该弯曲型导电性高分子致动器由依次叠层有第一电极、固体电解质膜、导电性高分子膜和第二电极的叠层体构成，
所述固体电解质膜由有机聚合物和离子液体的混合物构成，
所述有机聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种以上，
所述导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成，并且，
所述导电性高分子膜中含有聚乙二醇，
所述弯曲型导电性高分子致动器的制造方法包括：
在所述导电性高分子膜中混合聚乙二醇的工序；和
在所述固体电解质膜的至少一个面叠层所述导电性高分子膜的工序。
5.如权利要求4所述的弯曲型导电性高分子致动器的制造方法，其特征在于：
在所述第一电极和所述固体电解质膜之间具有第二导电性高分子膜，
所述第二导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成，并且，
所述第二导电性高分子膜中含有聚乙二醇，
在叠层所述导电性高分子膜的工序中，通过在所述固体电解质膜的两面叠层所述导电性高分子膜，形成所述导电性绝缘膜和所述第二导电性绝缘膜。
6.如权利要求4所述的弯曲型导电性高分子致动器的制造方法，其特征在于：
所述有机聚合物是所述偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。
7.一种弯曲型导电性高分子致动器的驱动方法，其特征在于：
该弯曲型导电性高分子致动器由依次叠层有第一电极、固体电解质膜、导电性高分子膜和第二电极的叠层体构成，
所述固体电解质膜由有机聚合物和离子液体的混合物构成，
所述有机聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种以上，
所述导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成，并且，
所述导电性高分子膜中含有聚乙二醇，
所述弯曲型导电性高分子致动器的驱动方法包括在所述第一电极与所述第二电极之间施加电位差的工序。
8.如权利要求7所述的弯曲型导电性高分子致动器的驱动方法，其特征在于：
在所述第一电极和所述固体电解质膜之间具有第二导电性高分子膜，
所述第二导电性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物构成，并且，
所述第二导电性高分子膜中含有聚乙二醇。
9.如权利要求7所述的弯曲型导电性高分子致动器的驱动方法，其特征在于：
所述有机聚合物是所述偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。
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