CN101854128B

CN101854128B - 致动器

Info

Publication number: CN101854128B
Application number: CN201010145128.9A
Authority: CN
Inventors: 永井信之; 菅泽昌之; 村上一臣
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: US20100244633A1; US8350448B2; JP2010239732A; JP5487678B2; CN101854128A

Abstract

本申请公开了一种致动器，其包括：离子导电聚合物层，包括离子导电聚合物；一对电极层，布置在所述离子导电聚合物层的两个表面上；和离子液体，包含在所述离子导电聚合物层和电极层中，其中，所述电极层包含至少离子导电聚合物和碳粉，并且包括在所述电极层的内侧和外侧上的碳粉的种类彼此不同。

Description

致动器

技术领域

本申请总体上涉及聚合物致动器，具体地涉及根据所施加的电场弯曲或变形的聚合物致动器。

背景技术

使用离子导电聚合物(离子交换树脂)的聚合物致动器由于例如其重量轻且产生的力大而作为新的致动器吸引了众多关注。通常地，聚合物致动器具有布置于离子导电聚合物层的两个表面上的电极层，所述离子导电聚合物层通过在离子导电聚合物(离子交换树脂)膜中容纳离子导电介质(例如水或类似物)和离子而形成。在聚合物致动器中，通过在一对电极层之间施加电压，离子在离子导电聚合物层内移动，如此离子导电聚合物层弯曲或变形。

然而，这样的聚合物致动器以水作为离子导电介质，因此存在若水蒸发干则无法操作的问题。因此，相关技术中提出了各种使用离子液体(ionicliquid)的聚合物致动器(参见，例如日本专利早期公开公报No.2007-143300，下文称为专利文件1，日本专利早期公开公报No.2007-329334，即专利文件2，日本专利早期公开公报No.2008-086185，即专利文件3，日本专利早期公开公报No.2008-251697，即专利文件4)。离子液体是常温下为液体形态的盐，是不可蒸发的。因此，可通过使用这种离子液体来提高可靠性。

进一步地，在专利文件1和2中描述的聚合物致动器具有通过在离子导电聚合物膜的两个表面上施加合成物所形成的电极层，所述合成合物通过将碳粉分散到离子导电聚合物中而获得。如此，以离子导电聚合物和碳粉形成电极层可提高生产率并减少制造成本。

然而，上述描述的现有技术存在这样的问题。现有的如专利文件1-4中所述的使用离子液体的聚合物致动器不需要采用例如水或类似物的离子导电介质，因此这种现有的聚合物致动器的应用范围可扩大。另一方面，这种现有的聚合物致动器具有较小的变形量和较低的操作效率。

发明内容

因此，需要提供一种具有高效率和大变形量的聚合物致动器。

根据本发明的一个实施例的致动器，包括：离子导电聚合物层，包括离子导电聚合物；一对电极层，布置在所述离子导电聚合物层的两个表面上；和离子液体，包含在所述离子导电聚合物层和电极层中，其中，所述电极层包含至少离子导电聚合物和碳粉，并且包括在所述电极层的内侧和外侧上的碳粉的种类彼此不同。

在本发明中，电极层通过离子导电聚合物和碳粉形成，并且在电极层的内侧(离子导电聚合物层一侧)和外侧之间碳粉的种类变化。因此，在内侧和外侧之间的膨胀量不同。因此，当在电极层之间施加电压时，电极层膨胀，在内侧和外侧之间不会发生斥力，因此可获得大的变形量。

在致动器中的电极层可具有位于内侧的碳粉与位于外侧的碳粉彼此混合的区域，并且碳粉之间的比例逐渐变化。

另外，例如，位于所述电极层的内侧上的碳粉可具有比位于外侧上的碳粉更小的比表面积(specific surface area)。

在这种情况下，例如，所述电极层中的碳粉的比表面积可随着距离离子导电聚合物层的距离增加而增加。

另外，例如，位于所述电极层的内侧上的碳粉可比位于所述外侧上的碳粉具有更大的粒度。

在这种情况下，位于所述电极层内的碳粉的粒度可随着距离离子导电聚合物层的距离增加而减小。

另外，例如，金属导电层可布置在每个电极层上。

根据本发明，包括在电极层的内侧和外侧上的碳粉的种类变化，并且因此可获得具有高的效率和大的变形量的聚合物致动器。

附图说明

图1是示意性示出根据本发明的第一实施例的致动器的结构的截面图。

图2A是示意性示出没有电压施加到致动器1上的状态下的致动器1的截面图，图2B是示意性示出致动器1的一个电极层5b的状态的截面图。

图3A是示意性示出弯曲状态下的致动器1的截面图，图3B是示意性示出致动器1的一个电极层5b的状态的截面图。

图4A、4B、4C是示意性示出图1所述的致动器1的操作的截面图，图4A示出了没有施加电压的状态，图4B示出了离子由于施加电压而移动的状态，图4C示出了离子由于施加电压而移动并且达到饱和的状态。

图5A、5B、5C是示意性示出现有致动器的操作的截面图，图5A示出了没有施加电压的状态，图5B示出了离子由于施加电压而移动的状态，图5C示出了离子由于施加电压而移动并且达到饱和的状态。

图6示意性示出了根据本发明的变形例的致动器的结构的截面图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。应注意，本发明不限于下面所示的各个实施例。下面根据下述顺序进行说明。

1.第一实施例(使用具有不同比表面积的碳粉的例子)

2.第二实施例(使用具有不同粒径的碳粉的例子)

3.变形例(具有金属导电层的例子)

(第一实施例)

【总体结构】

首先描述根据本发明第一实施例的致动器。图1是示意性示出根据本发明的致动器的结构的截面图。如图1所示，根据本实施例的致动器1具有一对电极层5a和5b，两者设置成夹着离子导电聚合物层2。离子导电聚合物层2和电极层5a、5b内含有处于可根据所施加的电场而移动的状态的离子液体。电极层5a和5b各自通过引线(未示出)或类似物连接到外部电源(未示出)。

【离子导电聚合物层2】

离子导电聚合物层2通过由离子导电聚合物制成的膜或类似物形成，该离子导电聚合物展现出导电性，其中离子在聚合物链之间传播。这样的离子导电聚合物包括例如氟基或烃基离子交换树脂。这种离子交换树脂具有选择性地允许特定的离子通过的性质。所述离子交换树脂包括负离子(阴离子)交换树脂、正离子(阳离子)交换树脂和双离子交换树脂。

根据本实施例的致动器1可使用任何的离子交换树脂。然而，当使用例如阳离子交换树脂且电压施加于电极层之间时，离子溶液中仅阳离子可更快地移动。这样的阳离子交换树脂包括通过将例如磺基(-SO₃H)、羧基(-COOH)等功能团引入到聚乙烯、聚苯乙烯和氟基树脂等内而获得的阳离子交换树脂。然而通过将这些功能团引入到氟基树脂内而获得的阳离子交换树脂尤为适合。

此外，离子导电聚合物层2的形状不限于片的形状。例如，可选择带形、盘形、柱形、筒形等任意形状。另外，离子导电聚合物层2的厚度也没有特别的限制，但是能够根据致动器1的形状、尺寸等来适当地选择。然而，在带形的情况下，例如，离子导电聚合物层2的厚度理想为30-200微米。

【电极层5a和5b】

电极层5a和5b主要由离子导电聚合物和两种或多种具有不同的比表面积的碳粉形成。包括于电极层5a和5b的内侧和外侧的碳粉的比表面积彼此不同。随着碳粉的比表面积增加，聚集于碳粉的周边的离子的数量也增加。因此，在出现具有较大比表面积的碳粉的部分中的膨胀量增加。因此，在内侧布置具有较小比表面积的碳粉而在外侧布置具有较大比表面积的碳粉可使得电极层5a和5b的外侧上膨胀量更大。如此可抑制由于电极层5a和5b的内侧上的膨胀造成的斥力，并有效获得较大的变形量。

此时，在电极层5a和5b的内侧上的碳粉的比表面积仅略小于电极层5a和5b的外侧上的碳粉的比表面积的情况下，获得上述效果。然而，当致动器1的弯曲形状与电极层5a和5b的内侧和外侧之间的膨胀率差异相符时，满足最优条件。这个条件可从致动器1的整体均匀弯曲的状态导出。

图2A是示意性示出没有电压施加到致动器1的状态下的致动器1的截面图。图2B是示意性示出致动器1的一个电极层5b的状态的截面图。图3A是示意性示出弯曲状态下的致动器1的截面图，图3B是示意性示出致动器1的一个电极层5b的状态的截面图。如图2A和3A所示，令具有整体厚度D(mm)和整体长度L(mm)且电极层5a和5b厚度为De(mm)的致动器1的最大弯曲量为角度θ(°)，则以致动器1的中心为弧的圆的半径R(mm)可由下式表示。

公式1

R = \frac{1}{2 π} \times \frac{360}{θ} \times L

另外，如图2B和3B所示，当电极层5a和5b由具有不同比表面积的n(n是1或更大的自然数)种碳粉形成并对应每种碳粉分成n层时，各层的膨胀与这些层的中心部分的伸长百分比成比例。在这种情况下，当致动器1弯曲时从内侧算起的第i层的长度L_i由下面的公式2表示。

公式2

L_{i} = {R + \frac{1}{2} (D - 2 DE) + \frac{2 i - 1}{2 n} \times DE} \times 2 π \times \frac{θ}{360}

从内侧算起的第i层的伸长量X_i是致动器1的中心部分的长度L与第i层的中心部分的长度L_i之间的差，因此通过下面的公式3表示。

公式3

X_{i} = {R + \frac{1}{2} (D - 2 DE) + \frac{2 i - 1}{2 n} \times DE} \times 2 π \times \frac{θ}{360} - L

= {\frac{1}{2} (D - 2 DE) + \frac{2 i - 1}{2 n} \times DE} \times 2 π \times \frac{θ}{360}

另外，第i层的伸长百分比与最外层(第n层)的伸长百分比之间的比率A_i通过下面的公式4表示。

公式4

A_{i} = \frac{{\frac{1}{2} (D - 2 DE) + \frac{2 i - 1}{2 n} \times DE} \times 2 π \times \frac{θ}{360}}{{\frac{1}{2} (D - 2 DE) + \frac{2 n - 1}{2 n} \times DE} \times 2 π \times \frac{θ}{360}}

= \frac{\frac{1}{2} (D - 2 DE) + \frac{2 i - 1}{2 n} \times DE}{\frac{1}{2} (D - 2 DE) + \frac{2 n - 1}{2 n} \times DE} = \frac{D - 2 DE + \frac{2 i - 1}{n} \times DE}{D - \frac{DE}{n}}

因此，当位于电极层5a和5b的最外层中的碳粉的比表面积是S(m²/g)时，从内侧算起的第i层的碳粉的比表面积S_i可通过下面的公式5表示。此外，这种情况下的比表面积是指通过BET(氮气吸收，nitrogen gas adsorption)方法测得的值。

公式5

S_i＝A_i×S

例如，当致动器1的厚度D是100μm时，电极层5a和5b的厚度是3μm，电极层5a和5b的划分(碳粉的种类)数是3，包括在最外层的碳粉的比表面积是500m²/g，包括在最内侧的碳粉的比表面积是大约280m²/g，包括在中间层的碳粉的比表面积是大约390m²/g。此外，这些条件是在理想情况下的条件。只要位于电极层5a和5b内侧的碳粉的比表面积小于位于外侧的碳粉的比表面积，即使在不满足这些理想条件的情况下也能获得本发明的效果。

另外，理想地，根据本实施例的致动器1中的电极层5a和5b具有位于内侧的碳粉和位于外侧的碳粉彼此混合的区域，并且碳粉之间的比例逐渐变化。具体地，理想地，碳粉的比表面积随着与离子导电聚合物层2的距离增加而增加，也就是从内侧到外侧地增加。这样的渐变分布可以减小各个层之间的膨胀量差异，如此减小致动器内的畸变并提高操作效率。

尽管与上述离子导电聚合物膜相同的离子导电聚合物可用作形成电极层5a和5b的离子导电聚合物，但是例如氟基离子交换树脂、烃基离子交换树脂等等各种离子导电树脂也可用作形成电极层5a和5b的离子导电聚合物。

此外，电极层5a和5b的厚度和形状可根据上述离子导电聚合物层2的形状、尺寸等适当地设定。例如，若离子导电聚合物层2的厚度是50μm，电极层5a和5b的厚度可以是10-100μm。

【离子液体】

离子液体是仅由离子(阴离子和阳离子)构成的盐。离子液体也是指常温(室温)熔融盐(molten salt)。离子液体表现出不可燃性、不挥发性、高离子导电性、高耐热性等各种性质。这样的离子液体包括例如咪唑基离子液体(imidazolium base ionic liquid)、吡啶基离子液体(pyridinium base ionicliquid)和脂族基离子液体(aliphatic base ionic liquid)。根据本实施例的致动器1在离子导电聚合物层2和电极层5a和5b中包含这样的离子液体，因此不需要例如水等离子导电介质。结果，不需要例如密封等防止蒸发的工艺，并且致动器1的应用范围扩大了。

【制造方法】

具有上述结构的致动器1可通过例如下面的方法制造。首先，制备具有不同比表面积的两种或更多种的碳粉，并使之与离子导电聚合物一起分散在溶剂中并由此形成涂料(paint)。这样，制备出具有不同种(比表面积)的碳粉的多种涂料。这时使用的溶剂只要允许离子导电聚合物溶解并且具有挥发性就够了。另外，多种溶剂可以混合状态作为分散溶剂使用。另外，在分散后，可根据需要将分散溶剂通过乙醇等稀释后使用。

以质量百分比计，离子导电聚合物与碳粉的混合比例可以为1∶1到1∶10。然而，离子导电聚合物与碳粉的混合比例不限于这个范围，而可根据离子导电聚合物、碳粉等的类型适当地选择。

接下来，在形成离子导电聚合物层2的离子导电聚合物隔膜(membrane)或薄膜(film)的两个表面涂布每一种涂料。此后，溶剂被除去。如此形成预定厚度的电极层5a和5b。具体地，包括一种碳粉的涂料被涂布并干燥，此后包括另一种碳粉的涂料被施加。施加的方法并无限制。公知的方法，例如滚涂法、喷涂法、浸渍法、丝网印刷等方法都可用于涂布。

此外，形成电极层的方法不限于涂布包含不同种类的碳粉的涂料的方法。可使用各种方法形成电极层。例如，也可通过制备由离子导电聚合物和碳粉形成并包含不同种类的碳粉的多种片(薄膜和隔膜)、以预定顺序层叠多种片、并通过热压结合等方法来结合所述多种片来形成电极层。

另外，此时，理想地，先施加包含具有小比表面积的碳粉的涂料，随后施加包含具有大比表面积的碳粉的涂料。此外，当使用包括不同比表面积的碳粉的三种或更多种涂料时，理想地，以从包括小比表面积的碳粉的涂料开始的顺序施加各种涂料。如此，可形成渐变的分布，使得具有的碳粉的比表面积从电极层5a和5b的内侧向外侧增加。

此后，离子导电聚合物层2和电极层5a和5b被制成为包含离子液体。具体地，通过在离子导电聚合物层2的两侧上形成电极层5a和5b所获得的结构被浸没在离子液体中，如此，离子液体灌注到上述结构的内部。

【操作】

接下来，以正离子(阳离子)交换树脂用作形成离子导电聚合物层2和电极层5a和5b的离子导电聚合物的情况为例，描述根据本实施例的致动器1的操作。图4A-4C是示出图1所示致动器1的操作的示意性截面图，图4A示出没有施加电压的情况，图4B示出离子由于施加电压而移动的状态，图4C示出了离子由于施加电压而移动并且达到饱和的状态。图5A-5C是示意性示出现有致动器的操作的截面图，图5A示出了没有施加电压的状态，图5B示出了离子由于施加电压而移动的状态，图5C示出了离子由于施加电压而移动并且达到饱和的状态。

如图4A所述，当没有电压施加到根据本实施例的致动器1时，致动器1处于离子在致动器1中均匀分布的平直状态。此外，尽管图4A仅示出正(+)离子，负(-)离子在致动器1中同样也是均匀分布的。

但是，当外部电源(未示出)向电极层5a和5b之间施加电压时，阳离子移动到负电极一侧，阴离子移动到正电极一侧。例如，如图4B所述，当正电势施加到电极层5a，而负电势施加到电极层5b时，阴离子(未示出)聚集在电极层5a中，阳离子聚集在电极层5b中。此时，阴离子不容易在正离子(阳离子)交换树脂中移动，因此主要是阳离子在正离子(阳离子)交换树脂中移动。随后，由于阳离子的不均匀分布引起的浓度差异造成电极层5a和5b之间的体积差异，并造成整个致动器1弯曲(变形)。也即，其中阳离子增加的电极层5b膨胀，并且其中阳离子减少的电极层5a收缩。

此外，当使用负离子(阴离子)交换树脂作为形成离子导电聚合物层2和电极层5a和5b的离子导电聚合物时，或者当施加到电极层5a和5b之间的电压的极性反转时，致动器1在反向上弯曲。另外，致动器1可以通过改变DC电压的极性来容易地控制弯曲的方向。此外，虽然在图4B中所有的阳离子移动到电极层5b，但本发明不限于此。阳离子可留在电极层5a中。

如图5A-5C所示，在电极层105a和105b的内侧和外侧之间碳粉类型不改变的现有的致动器100中，当施加电压时，电极层105a和105b的内侧上的膨胀量等于在电极层105a和105b的外侧上的膨胀量。如此，当电极层105a和105b较厚时，即使电极层105a和105b的外侧弯曲并膨胀(变形)，电极层105a和105b的外侧会由于内侧上的膨胀产生的力而被回推。这样就减小了致动器100整体的弯曲量(变形量)。

然而，在根据本实施例的致动器1中，内侧电极层3a和3b和外侧电极层4a和4b中的碳粉的比表面积是变化的，抑制了内侧电极层3a和3b的回推影响。具体地，如图4C所示，在包括大比表面积的碳粉的外侧电极层4a和4b中，电双层(electric double layer)在碳粉的周边形成并聚集了更多的离子，使得膨胀量增大。另一方面，与外侧电极层4a和4b相比，包括小比表面积的碳粉的内侧电极层3a和3b聚集了较少量的离子，如此相应减小了膨胀量。因此，由于内侧电极层3a和3b的膨胀引起的推斥力可减小。

因此，在根据本实施例的致动器1中，包含在电极层5a和5b的内侧和外侧上的碳粉的比表面积是不同的，因此在施加电压时的膨胀量可以在电极层的内侧和外侧之间变化。这样，内侧电极层3a和3b的膨胀量可通过例如使内侧电极层3a和3b中混合的碳粉具有比外侧电极层4a和4b中混合的碳粉更小的比表面积而减小。如此，在施加电压时产生的推斥力减小。因此，可提高变形效率并增加变形量。

(第二实施例)

【总体结构】

下面对根据本发明第二实施例的致动器进行说明。尽管前述第一实施例以使用具有不同比表面积的两种或更多种的碳粉的致动器为例进行说明，但是本发明不限于此。也可使用具有不同粒度的两种或更多种碳粉。具体地，根据本实施例的致动器具有一对设置成夹持一离子导电聚合物层的电极层。每个电极层主要由离子导电聚合物层和两种或更多种的具有不同粒度的碳粉构成。

【电极层】

根据本实施例的致动器中，包括在电极层的内侧和外侧上的碳粉具有不同的粒度。顺便提及，在本例中的粒度是指通过动态光散射方法(FFT功率谱方法)获得的粒度分布或者在SEM(扫描电子显微镜)照片中测量的颗粒外径的平均值。随着粒度的增加，碳粉增加每单元体积的比表面积，因此，聚集在碳粉的周边上的离子的数量增加。也就是说，层中的碳粉的粒度越小，层的膨胀量越大。因此，将具有大粒度的碳粉布置在内侧而将具有小粒度的碳粉布置在外侧可以减小电极层的内侧上的膨胀量，并进一步增加电极层外侧上的膨胀量。如此，由于电极层内侧上的膨胀造成的推斥被抑制，并因此可有效地获得大的变形量。

此时，在位于电极层外侧上的碳粉的粒度仅略小于位于电极层内侧上的碳粉的粒度的情况下获得上述效果。然而，优选地，最内层和最外层之间的粒度的差异在2-10倍左右。进一步地，更理想地，碳粉的比表面积满足上述公式5所示的条件。因此，可进一步提高抑制推斥力的效果。

附带提及，相似的效果可通过改变电极层的内侧和外侧之间的碳粉的含量，或者具体地，减小内侧上的碳粉的含量而不改变碳粉的种类来获得。然而，这种情况下，由于碳粉的含量减小，电极层的电阻值增加，并且致动器的性能下降。

另外，理想地，与根据前述第一实施例的致动器一样，根据本实施例的致动器具有小直径的碳粉和大直径的碳粉彼此混合的区域，并且碳粉之间的比例逐渐变化。具体地，理想地，所具有的碳粉的粒度随着距离离子导电聚合物层的距离增加而减小，也就是从内侧向外侧减小。这样的渐变的分布减小了层之间的膨胀量差异，并减小了致动器内的畸变，因此提高了操作效率。

如此，在根据本实施例的致动器中，包含在电极层的内侧和外侧上的碳粉的粒度彼此不同，因此在施加电压时的膨胀量的差异可存在于电极层的内侧和外侧之间。这样，内侧电极层的膨胀量可通过使内侧电极层中混合的碳粉具有比外侧电极层中混合的碳粉更大的粒度而减小。这样，在施加电压时引起的推斥力被减小。因此可提高变形效率并增加变形量。

附带提及，除了上述内容以外，根据本实施例的致动器的结构、操作、效果均与根据前述第一实施例的致动器的结构、操作、效果相同。

(变形例)

下面将描述根据前述第一和第二实施例的变形例的致动器。图6是示意性示出根据本变形例的致动器的结构的截面图。附带提及，在图6中，与图1中的致动器1相同的组成元件以相同的附图标记标示，并省略对其的详细说明。如图6所述，根据本变形例的致动器10具有一对电极层5a和5b，该对电极层5a和5b布置成夹持离子导电聚合物层2，致动器10进一步包括形成在相应的电极层5a和5b上的金属导电层6a和6b。在这个致动器10中，引线(未示出)连接到金属导电层6a和6b，并且电极层5a和5b通过金属导电层6a和6b和引线连接到外部电源(未示出)。

【金属导电层6a和6b】

金属导电层6a和6b可由具有良好导电性和抗氧化性的金属材料，例如金、铂等形成。虽然金属导电层6a和6b的厚度没有具体限制，但理想地，金属导电层6a和6b的厚度应使其成为从引线向电极层5a和5b均匀施加电压的连续膜。另外，形成金属导电层6a和6b的方法也没有特别的限制，公知的形成膜的方法，例如电镀法、蒸镀法、溅射法等都可使用。

在根据本变形例的致动器1中，因为金属导电层6a和6b设置在电极层5a和5b上，表面电阻足够低，因此电压均匀地施加到整个致动器。致动器整体可均匀变形。

附带提及，虽然本变形例是通过以金属导电层6a和6b设置到根据图1所示第一实施例的致动器1上的情况为例进行描述的，但在金属导电层6a和6b应用于前述第二实施例的致动器时也可自然获得相似的效果。附带提及，除了上述内容以外，根据本变形例的致动器的结构、操作、效果均与根据前述第一和第二实施例的致动器的结构、操作、效果相同。

【实施例】

下面，通过本发明的实施例具体描述本发明的效果。首先，作为本发明的实施例，制作如图1所示的致动器1。此时，杜邦公司制造的离子导电膜Nafion(注册商标)NRE-212(厚度50μm，功能团：磺基团(sulfo group))被用作形成离子导电聚合物层2的离子导电膜。另外，离子交换树脂Nafion(注册商标)分散液(DE2020，功能团：磺基团)被用于形成电极层5a和5b的离子导电聚合物，并且具有800m²/g的比表面积的碳粉(碳粉A)和具有1200m²/g的比表面积的碳粉(碳粉B)被使用。

然后，离子导电聚合物和每种碳粉以1∶1的质量百分比被混合，并进一步通过添加乙醇稀释，使得固体含量浓度为5％的重量百分比。此后，合成物被AJITER(往复振动器)分散八小时。由此，包括具有不同比表面积的碳粉的两种涂料被制备。

接下来，包括具有小的比表面积的碳粉A的涂料被喷涂机施加到离子导电膜的两个表面、干燥，并随后通过热压被热处理。这个过程反复执行以形成厚度25μm的内侧电极层3a和3b。此后，通过类似的方法，包括具有大的比表面积的碳粉B的涂料被施加到内侧电极层3a和3b上，并且随后被干燥并经过热处理，以形成厚度25μm的外侧电极层4a和4b。随后，通过在离子导电膜的两个表面上形成电极层获得的结构被浸没在咪唑基离子液体中，如此，离子液体灌注入上述结构内部。由此，制作出根据实施例的致动器。

另外，作为本发明的比较例，制作如图5A-5C示出的现有的致动器100。致动器100与上述实施例所述的致动器相似，不同之处仅在于具有800m²/g的比表面积的碳粉在制作时被包含在电极层105a和105b中。

接下来，引线连接到根据上述实施例和比较例的通过上述方法制造的致动器的电极层5a和5b以及105a和105b中的每一个，且研究这些致动器的特性。具体地，这些致动器的一端被固定，在电极层之间施加2V的电压，同时施加到一对电极层的每一个的正或负电势以0.1Hz的周期改变，通过激光位移计测量在距离固定基座15mm的位置处的变形量。另外，类似的，在施加到每个电极层的正或负电势以1Hz的周期改变时，测量变形量。结果，确定根据本实施例的致动器与比较例相比具有更高的效率并且提供更大的变形量。

本申请包含与2009年3月31日在日本专利局申请的日本专利申请JP2009-084104中公开的主题相关的主题，该专利申请的全部内容在此通过引用结合。

应理解，根据设计要求和其他因素，本领域技术人员可以构造各种变形、组合、子组合或变异，只要它们包含于所附权利要求及其等价物限定的范围内。

Claims

1.一种致动器，包括：

离子导电聚合物层，包括离子导电聚合物；

一对电极层，布置在所述离子导电聚合物层的两个表面上；和

离子液体，包含在所述离子导电聚合物层和电极层中，

其中，所述电极层包含至少离子导电聚合物和碳粉，所述碳粉分散在所述离子导电聚合物中，并且包括在所述电极层的内侧和外侧上的碳粉的种类彼此不同，

所述电极层连接到外部电源，

通过电源离子从一个电极移动到另一电极，且聚集在另一电极的所述碳粉周围，

并且在所述离子导电聚合物为阳离子交换树脂的情况下，所述致动器朝向被施加正电压的电极弯曲，在所述离子导电聚合物为阴离子交换树脂的情况下，所述致动器朝向被施加负电压的电极弯曲，

其中位于所述电极层的内侧上的碳粉具有比位于外侧上的碳粉更小的比表面积，聚集在位于所述电极层的外侧上的碳粉周围的离子比聚集在位于所述电极层的内侧上的碳粉周围的离子多。

2.如权利要求1所述的致动器，其中，所述电极层中的碳粉的比表面积随着距离所述离子导电聚合物层的距离增加而增加。

3.如权利要求1所述的致动器，其中位于所述电极层的内侧上的碳粉比位于所述外侧上的碳粉具有更大的粒度。

4.如权利要求1所述的致动器，其中，金属导电层布置在每个电极层上。