CN109990926A - 感测片及静电电容式传感器 - Google Patents

感测片及静电电容式传感器 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种伸缩性电极、感测片、及静电电容式传感器,其柔软性、伸缩性及导电性优异,且可抑制伸长时的电阻增大、或反复伸缩时产生电阻的不均,且本发明的伸缩性电极:包括包含弹性体组成物的基材、以及与所述基材形成一体的电极本体,所述电极本体是使用纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管而形成。本发明的伸缩性电极由于包括使用特定的碳纳米管而形成的电极本体,故而具有导电性高,且伸长时的电阻的增大幅度、以及反复伸缩时的电阻的不均极小的优异特性。

Description

感测片及静电电容式传感器
本发明是2014年11月17日所提出的申请号为201480064271.1、发明名称为《感测片及静电电容式传感器》的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明是有关于一种伸缩性电极、使用该伸缩性电极的感测片及静电电容式传感器。
背景技术
近年来,在以软式传感器(soft sensor)或各种致动器、可挠性显示装置等电子装置领域为代表的需要伸缩性的人工肌肉或人工皮肤等医药材料领域等中要求可伸缩的可挠性电极。
作为如上所述的可伸缩且可挠性的电极,例如在专利文献1中提出有一种导电构件,其包括配线、以及可挠性基板,所述配线是使包含聚氨基甲酸酯分散液与银粒子等金属粒子的导电性膏干燥而形成。
另外,专利文献2中,作为柔软性及导电性优异的柔软电极,提出有在弹性体中形成连续的导电路而成的柔软电极,所述导电路是由包含直径为0.5nm~80nm的碳纤维且碳纤维自中心部位起三维地延伸的碳纳米管所形成。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2012-54192号公报
[专利文献2]日本专利特开2008-198425号公报
发明内容
[发明所欲解决的课题]
然而,专利文献1中记载的导电构件中,虽确保作为导电构件的伸缩性,但存在如下课题:由于担负导电性的配线部分是使用包含银粒子的导电性膏而形成,故而在伸长时,导电路径被切断,电阻大幅度上升,或在反复进行伸缩变化时,电阻的不均变大。
另外,专利文献2中记载的柔软电极中,虽确保柔软性,但存在如下课题:伸缩性差,在高伸长时电阻增大,或在反复伸缩时电阻会产生不均。
本发明是鉴于如上所述的情况而形成,其目的在于提供一种伸缩性电极,其柔软性、伸缩性及导电性优异,可抑制伸长时的电阻增大、反复伸缩时产生电阻的不均。
[解决课题的手段]
本发明人等人为了达成所述目的而积极研究,结果发现,通过使用特定的碳纳米管来形成电极本体,能够达成所述目的,从而完成本发明。
本发明的伸缩性电极:包括包含弹性体组成物的基材、以及与所述基材形成一体的电极本体,并且
所述电极本体是使用纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管而形成。
所述伸缩性电极中,所述多层碳纳米管的纤维径较佳为5nm~30nm。
另外,所述伸缩性电极可适合用于感测片。
本发明的感测片是使用本发明的伸缩性电极的感测片,所述感测片:
所述基材为片状,所述电极本体设置在所述基材的两面,并且
设置在所述基材的其中一面的电极本体与设置在所述基材的另一面的电极本体夹持所述基材而至少一部分对向。
所述感测片中,所述电极本体为带状,在所述基材的两面各设置有多行。
本发明的静电电容式传感器:包括本发明的感测片、测量元件、以及将所述感测片所具备的电极本体及所述测量元件连接的外部配线,并且
将设置在所述基材的其中一面的电极本体与设置在所述基材的另一面的电极本体的夹持所述基材而对向的部分作为检测部,
所述测量元件通过测量所述检测部的静电电容的变化来测定变形应变量。
[发明的效果]
本发明的伸缩性电极由于包括使用特定的碳纳米管而形成的电极本体,故而具有导电性高,且伸长时的电阻的增大幅度、以及反复伸缩时的电阻的不均极小的优异特性。
本发明的感测片由于使用具有所述特性的本发明的伸缩性电极,故而可提供测定精度、长期可靠性优异的传感器。
本发明的静电电容式传感器由于包括本发明的感测片,故而测定精度以及长期可靠性优异。
附图说明
图1(a)是示意性地表示本发明的伸缩性电极的一例的立体图,图1(b)是图1(a)的A-A线剖面图。
图2(a)~图2(c)分别为示意性地表示本发明的伸缩性电极的其他例的剖面图。
图3是用以对用于制作片状基材的成形装置的一例进行说明的示意图。
图4(a)是示意性地表示本发明的感测片的一例的平面图,图4(b)是图4(a)所示的感测片的A-A线剖面图。
图5是示意性地表示本发明的静电电容式传感器的一例的平面图。
图6是对制备例1中使用的高配向碳纳米管拍摄而得的电子显微镜照片(×500)。
图7是对制备例1中使用的高配向碳纳米管拍摄而得的电子显微镜照片(×200000)。
图8是用以对实施例及比较例中的反复伸缩时的电阻的测定方法进行说明的示意图。
图9是表示在实施例1中进行相对于反复伸缩的电阻变化的测定而得的测定结果的图表。
图10是表示在实施例2中进行相对于反复伸缩的电阻变化的测定而得的测定结果的图表。
图11是表示在实施例3中进行相对于反复伸缩的电阻变化的测定而得的测定结果的图表。
图12是表示在比较例1中进行相对于反复伸缩的电阻变化的测定而得的测定结果的图表。
图13是表示在比较例2中进行相对于反复伸缩的电阻变化的测定而得的测定结果的图表。
附图标记说明:
1:感测片;
2:介电层;
01A1~16A1:表侧连接部;
01A~16A:表侧电极层;
01B1~16B1:背侧连接部;
01B~16B:背侧电极层;
C0101~C1616:检测部;
30:成形装置;
31:保护膜;
32:辊;
33:原料组成物;
34:加热装置;
35:基材;
50、100、110、120、130:伸缩性电极;
51、101、111a、111b、121a、121b、131:基材;
52、102、112、122a、122b、132a、132b:电极本体;
53:铜箔;
54:树脂框;
55:引线;
56:万用表;
201:静电电容式传感器;
202、203:外部配线;
204:测量元件。
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的实施方式进行说明。
本发明的伸缩性电极:包括包含弹性体组成物的基材、以及与所述基材形成一体的包含碳纳米管的电极本体,并且
所述电极本体是使用纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管而形成。
图1(a)是示意性地表示本发明的伸缩性电极的一例的立体图,图1(b)是图1(a)的A-A线剖面图。
图1(a)、图1(b)中所示的伸缩性电极100中,在包含弹性体组成物的片状基材101的上表面整体上积层使用碳纳米管而形成的电极本体102,从而形成一体。
所述基材包含弹性体组成物。因此,可确保伸缩性。
所述弹性体组成物可列举含有弹性体、以及视需要的其他任意成分的组成物。
所述弹性体例如可列举:天然橡胶、异戊二烯橡胶、腈橡胶(nitrile rubber,NBR)、乙烯丙烯橡胶(三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM))、苯乙烯·丁二烯橡胶(styrene butadiene rubber,SBR)、丁二烯橡胶(butadiene rubber,BR)、氯丁二烯橡胶(chloroprene rubber,CR)、硅酮橡胶、氟橡胶、丙烯酸橡胶(acrylicrubber)、氢化腈橡胶、氨基甲酸酯橡胶等。该些弹性体可单独使用,也可并用2种以上。
该些弹性体中,较佳为氨基甲酸酯橡胶、硅酮橡胶。其原因在于永久应变(或者永久延伸)小。
进而,与硅酮橡胶相比,就与碳纳米管的密接性优异的方面而言,特佳为氨基甲酸酯橡胶。
所述氨基甲酸酯橡胶是至少多元醇成分与异氰酸酯成分进行反应而成。作为具体例,例如可列举:将烯烃系多元醇作为多元醇成分的烯烃系氨基甲酸酯橡胶、将酯系多元醇作为多元醇成分的酯系氨基甲酸酯橡胶、将醚系多元醇作为多元醇成分的醚系氨基甲酸酯橡胶、将碳酸酯系多元醇作为多元醇成分的碳酸酯系氨基甲酸酯橡胶、将蓖麻油系多元醇作为多元醇成分的蓖麻油系氨基甲酸酯橡胶等。该些橡胶可单独使用,也可并用2种以上。
另外,所述氨基甲酸酯橡胶也可为将2种以上的所述多元醇成分并用而成者。
所述烯烃系多元醇例如可列举:爱坡(Epol)(出光兴产公司制造)等。
另外,所述酯系多元醇例如可列举:坡利莱特(Polylite)8651(迪爱生(DIC)公司制造)等。
另外,所述醚系多元醇例如可列举:聚氧四亚甲基二醇、PTG-2000SN(保土谷化学工业公司制造)、聚丙二醇、普莱米诺尔(Preminol)S3003(旭硝子公司制造)等。
另外,合成所述氨基甲酸酯橡胶时,也可在其反应系统中视需要来添加链延长剂、交联剂、触媒、硫化促进剂等。
另外,所述弹性体组成物除了弹性体以外,也可含有塑化剂、抗氧化剂、防老化剂、着色剂等添加剂。
另外,所述弹性体组成物也可根据伸缩性电极的用途而更含有其他成分。
具体而言,例如在将本发明的伸缩性电极用作测定静电电容的变化的感测片(以下也称为静电电容式感测片)的情况下,也可含有钛酸钡等介电填料(dielectricfiller)。借此,可增大基材的静电电容C。其结果为,可提高静电电容式感测片的检测感度。
在所述弹性体组成物含有介电填料的情况下,所述弹性体组成物中的介电填料的含量通常为多于0体积%且25体积%以下左右。
若介电填料的含量超过25体积%,则存在基材的硬度变高,或永久应变增大的情况。另外,当将氨基甲酸酯橡胶制的基材成形时,存在由于硬化前的液黏度变高而难以高精度地形成薄膜的情况。
所述电极本体与所述基材形成一体,且是使用纤维长度50μm以上的多层碳纳米管而形成。
本发明的伸缩性电极包括使用如上所述的纤维长度长的多层碳纳米管而形成的电极本体,因此具有导电性优异、伸长时电阻基本上不增大、反复伸缩时电阻的不均小的优异特性。
与此相对,若所述多层碳纳米管的纤维长度小于50μm,则随着伸缩性电极伸长,电阻大幅度增大,进而,使伸缩性电极反复伸缩时的电阻的不均变得极大。所述纤维长度较佳为100μm以上。
另一方面,所述多层碳纳米管的纤维长度的较佳上限为1000μm。目前,纤维长度超过1000μm的多层碳纳米管难以制造、获取。另外,若多层碳纳米管的纤维长度超过1000μm,则在涂布多层碳纳米管的分散液来形成电极本体的情况下,多层碳纳米管的分散容易变得不充分,其结果为,难以形成导电路径,担忧电极本体的导电性变得不充分。
所述多层碳纳米管的平均长度的下限较佳为100μm,上限较佳为600μm。
若所述多层碳纳米管的平均长度在所述范围内,则可以高水准来更确实地确保导电性优异、伸长时电阻基本上不增大、反复伸缩时电阻的不均小的优异特性。
所述多层碳纳米管的纤维长度只要利用电子显微镜来观察多层碳纳米管,根据其观察图像来测定即可。
另外,其平均长度例如只要基于自多层碳纳米管的观察图像中随机选出的10处的多层碳纳米管的纤维长度来算出平均值即可。
本发明中,使用多层碳纳米管作为碳纳米管也重要。
其原因在于:在使用单层碳纳米管的情况下,即便是纤维长度长的碳纳米管,电阻也升高,或伸长时电阻也大幅度增大,或反复伸缩时电阻也大幅度不均。关于此,单层碳纳米管通常是作为金属性碳纳米管与半导体性碳纳米管的混合物而合成,因此推测该半导体性碳纳米管的存在会导致:电阻升高,或伸长时电阻大幅度增大,或反复伸缩时电阻大幅度不均。
此外,若将金属性碳纳米管与半导体性碳纳米管分离,而仅使用纤维长度长的金属性的单层碳纳米管,则能够形成具备与本发明的电极本体相同的电特性的电极本体的可能性并未否定。然而,金属性碳纳米管与半导体性碳纳米管的分离并不容易(特别是在纤维长度长的碳纳米管中),两者的分离需要烦杂的作业。因此,本发明中,就形成电极本体时的作业容易性、以及经济性的观点而言,也使用多层碳纳米管而形成所述电极本体。
所述多层碳纳米管中,其层数并无特别限定,可为双层碳纳米管(double walledcarbon nanotube,DWNT),也可为3层以上的多层碳纳米管(multi-walled carbonnanotube,MWNT)(本说明书中,将两者合并而简称为多层碳纳米管)。另外,也可并用层数不同的多层碳纳米管。
所述多层碳纳米管的纤维径并无特别限定,较佳为5nm~30nm。
若所述纤维径小于5nm,则多层碳纳米管的分散变差,其结果为,存在导电路径未扩大,电极本体的导电性变得不充分的情况。另一方面,若所述纤维径超过30nm,则即便是相同重量,也存在碳纳米管的根数变少,导电性变得不充分的情况。
另外,所述多层碳纳米管的平均纤维径并无特别限定,较佳为5nm~20nm。
所述多层碳纳米管的碳纯度较佳为99重量%以上。
碳纳米管在其制造步骤中存在包含触媒金属或分散剂等的情况,在使用含有大量的所述碳纳米管以外的成分(杂质)的碳纳米管的情况下,存在引起导电性的下降、或电阻的不均的情况。
所述多层碳纳米管只要是利用现有公知的制造方法来制造者即可,较佳为利用基板成长法来制造。
基板成长法为化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法的1种,是对涂布在基板上的金属触媒供给碳源,在基板上使碳纳米管成长来制造碳纳米管的方法。该基板成长法是适合于制造纤维长度比较长、且纤维长度一致的碳纳米管的制造方法。因此,适合作为本发明中使用的碳纳米管的制造方法,其技术性特征之一在于使用特定的纤维长度的碳纳米管来形成电极本体。
另外,本发明中在碳纳米管是利用基板成长法来制造者的情况下,碳纳米管的纤维长度与碳纳米管(carbon nanotube,CNT)森林的成长长度实质上相同。因此,在使用电子显微镜来测定纤维长度的情况下,只要测定CNT森林的成长长度即可。
本发明中,使用纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管作为碳纳米管很重要,在使用利用基板成长法来制造的碳纳米管的情况下,只要使用碳纳米管的成长长度(CNT森林的成长长度)成为50μm以上的基板上的多层碳纳米管作为纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管即可。
所述电极本体是使用纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管而形成。更具体而言,例如为涂布包含所述多层碳纳米管以及分散介质的组成物(以下也称为碳纳米管分散液)后,通过干燥处理去除分散介质而形成者。
所述碳纳米管分散液可除了分散介质以外仅含有所述多层碳纳米管,也可与所述多层碳纳米管一并含有碳纳米管以外的其他成分。
所述其他成分例如可列举黏合剂成分。
所述黏合剂成分能够发挥作为多层碳纳米管的接合材料的作用。通过含有所述黏合剂成分,能够提高电极本体与基材的密接性、以及电极本体自身的强度。进而,在利用后述方法来形成电极本体时可抑制多层碳纳米管的飞散,因此电极本体形成时的安全性也可提高。
所述黏合剂成分例如可列举:丁基橡胶、乙烯丙烯橡胶、聚乙烯、氯磺化聚乙烯、天然橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯·丁二烯橡胶、聚苯乙烯、氯丁二烯橡胶、腈橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、丙烯酸橡胶、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-ethylene-butylene-styrene,SEBS)等。该些成分可单独使用,也可并用2种以上。
另外,所述黏合剂成分也可使用生橡胶(天然橡胶及合成橡胶的未硫化的状态者)。通过如上所述使用弹性比较弱的材料,也可提高电极本体对于伸缩时的基材变形的追随性。
所述黏合剂成分较佳为其溶解度参数(SP值[cal/cm3)1/2])与构成基材的弹性体的溶解度参数接近者,更佳为两者的溶解度参数(SP值)之差的绝对值为1以下者。其原因在于:溶解度参数越接近,基材与电极本体的密接性越提高。
此外,本发明中,所述SP值是通过菲多(Fedors)的推算法来算出的值。
所述黏合剂成分特佳为与构成基材的弹性体相同种类的成分。其原因在于:可显著地提高基材与电极本体的密接性。
除了所述黏合剂成分以外,所述碳纳米管分散液也可含有例如交联剂、硫化促进剂、硫化助剂等用于黏合剂成分的添加剂,或防老化剂、塑化剂、软化剂、着色剂等来作为其他成分。
此处,在所述电极本体含有塑化剂,且所述基材也另外含有塑化剂的情况下,两者的塑化剂浓度较佳为相同。其原因在于:可防止基材与电极本体之间的塑化剂的移动,借此可抑制伸缩性电极中的翘曲或皱褶的产生。
另外,所述碳纳米管分散液也可在不损及所形成的电极本体的导电特性的范围内,含有纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管以外的碳纳米管。
当然,所述其他成分也可不必含有,所述电极本体也可实质上仅由多层碳纳米管所构成。该情况下也可在与基材之间确保充分的密接性,多层碳纳米管与基材通过凡得瓦力(Van Der Waals force)等而牢固地密接。
所述电极本体中的多层碳纳米管的含量只要是表现出导电性的浓度,则并无特别限定,在含有黏合剂成分的情况下根据黏合剂成分的种类而不同,较佳为相对于电极本体的全部固形成分而为0.1重量%~100重量%。
另外,若提高多层碳纳米管的含量,则可提高电极本体的导电性。因此,即便使电极本体变薄,也可确保所要求的导电性。其结果为,更容易使伸缩性电极变薄,或确保伸缩性电极的柔软性。
所述电极本体于形状为如图1(a)、图1(b)所示的层状的情况下,平均厚度较佳为0.1μm~10μm。若电极本体的平均厚度为所述范围,则电极本体可在伸缩时对于基材的伸缩而发挥优异的追随性。
与此相对,若所述电极本体的平均厚度小于0.1μm,则存在导电性不足的顾虑。另一方面,若所述电极本体的平均厚度超过10μm,则存在由于碳纳米管的增强效果,伸缩性电极自身变硬,伸缩性变得不充分的顾虑。
此外,在电极本体的形状为层状的情况下,电极本体的平均厚度可使用雷射显微镜(例如基恩斯(Keyence)公司制造,VK-9510)来测定。
具体而言,例如于在基材的表面的一部分积层电极本体的情况下,只要以0.01μm的单位对积层在基材的表面的电极本体的厚度方向进行扫描,测定其3D形状后,于在介电层的表面积层有电极层的区域以及未积层电极层的区域,分别测量纵200μm×横200μm的矩形区域的平均高度,将其平均高度的阶差作为电极本体的平均厚度即可。
本发明的伸缩性电极的形状并不限定于图1(a)、图1(b)所示的形状,例如可为图2(a)~图2(c)所示的形状。
图2(a)~图2(c)分别为示意性表示本发明的伸缩性电极的其他例的剖面图。
图2(a)所示的伸缩性电极110具有由2块片状基材111a、片状基材111b来夹持电极本体112的形状。具有此种形状的伸缩性电极中,更难以产生因来自外部的冲击等所引起的电极本体的破损。
图2(b)所示的伸缩性电极120具有2块片状基材121a、片状基材121b与2层电极本体122a、电极本体122b交替地积层而成的形状,且电极本体具有多层结构。
此外,在电极本体具有多层结构的情况下,其层数如图2(b)所示并不限定于2层,也可为3层以上。另外,层状的电极本体的上下表面也可由基材所保护。
图2(c)所示的伸缩性电极130具有在片状基材131的上表面积层有2行电极本体132a、电极本体132b的形状。于在片状基材的其中一面积层电极本体的情况下,不限于2行,可积层多行的电极本体,也可形成包含碳纳米管的电路图案作为电极本体。
当然,本发明的伸缩性电极的形状并不限定于此处所图示的形状,可采用与伸缩性电极的设计相对应的多种形状。
本发明的伸缩性电极由于具备所述构成,故而具有柔软性、伸缩性及导电性优异,伸长时的电阻的增大幅度、或反复伸缩时的电阻不均极小的优异特性。
所述伸缩性电极较佳为当反复进行1000个循环的伸缩,且所述伸缩是以自未伸长状态起于单轴方向上伸长100%后恢复为未伸长状态的循环作为1个循环时,在第2个循环以后的各循环中,伸长100%时的相对于未伸长时的电阻的增加率(〔[伸长100%时的电阻值]-[未伸长时(伸长0%时)的电阻值]〕/[未伸长时的电阻值]×100)小。具体而言,较佳为小于100%。
另外,所述伸缩性电极较佳为当将所述伸缩循环反复进行1000个循环时,相对于第2个循环的伸长100%时的所述电极本体的电阻,第1000个循环的伸长100%时的所述电极本体的电阻的变化率(〔[第1000个循环、伸长100%时的电阻值]-[第2个循环、伸长100%时的电阻值]的绝对值〕/[第2个循环、伸长100%时的电阻值]×100)小。具体而言,较佳为10%以下,更佳为5%以下。
此处,并不将第1个循环的电阻,而是将第2个循环以后的电阻作为评价对象的原因在于:自未伸长状态进行伸长的第1次(第1个循环)的伸长时,伸长时的电极本体的行为(电阻的变动的方式)与第2次(第2个循环)以后的伸缩时大为不同。推测其原因在于:制作伸缩性电极后,通过伸长1次才构成电极本体的多层碳纳米管的状态稳定化。
因此,当使用本发明的伸缩性电极时,较佳为在制造后使其伸缩至少1次,然后再使用。
所述伸缩性电极较佳为当自未伸长状态向单轴方向伸长时,可耐受单轴拉伸的伸长率越大越好。具体而言,较佳为30%以上,更佳为50%以上,尤佳为100%以上,特佳为200%以上。
其原因在于:通过增大所述伸长率,可用于多种用途。
所谓可耐受单轴拉伸的伸长率,在依据JIS K 6251的拉伸试验中,为断裂时延伸以下的伸长率,且是指放开拉伸荷重后复原为原本状态的伸长率。例如,所谓可耐受单轴拉伸的伸长率为100%以上,是指当在单轴方向上伸长100%时未达到断裂的程度,且放开拉伸荷重后复原为原本状态(即,处于弹性变形范围内)。
所述可耐受单轴拉伸的伸长率可通过基材的设计(材质或形状等)来控制。
继而,对本发明的伸缩性电极的制造方法进行说明。
本发明的伸缩性电极例如可通过经过以下步骤来制造:
(1)制作包含弹性体组成物的基材的步骤(以下也称为“步骤(1)”);以及
(2)涂布包含纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管以及分散介质的组成物,形成与所述基材形成一体的电极本体的步骤(以下也称为“步骤(2)”)。
以下,以包括片状基材及层状的电极本体的伸缩性电极为例,以步骤顺序对伸缩性电极的制造方法进行说明。
[步骤(1)]
本步骤中,制作包含弹性体组成物的基材。
首先,作为原料组成物,制备在弹性体(或者其原料)中视需要而调配有链延长剂、交联剂、硫化促进剂、触媒、介电填料、塑化剂、抗氧化剂、防老化剂、着色剂等添加剂的原料组成物。
继而,通过将该原料组成物成形来制作基材。此处,成形方法并无特别限定,可使用现有公知的方法。
具体而言,在将包含氨基甲酸酯橡胶的基材作为基材而成形的情况下,例如,首先秤取多元醇成分、塑化剂以及抗氧化剂,在加热、减压下搅拌混合一定时间,制备混合液。继而,秤取混合液,调整温度后,添加触媒,利用阿吉特(Ajiter)等进行搅拌。然后,添加既定量的异氰酸酯成分,利用阿吉特(Ajiter)等进行搅拌后,立刻将混合液注入至图3所示的成形装置中,利用保护膜来形成夹层状来搬送,并且使其交联硬化,获得带有保护膜的既定厚度的卷状片材。然后,进而在炉中进行一定时间的交联反应,借此可制造基材。
此外,图3是用以对用于制作片状基材的成形装置的一例进行说明的示意图。图3所示的成形装置30中,将原料组成物33流入至由分离配置的一对辊32、辊32连续送出的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制保护膜31的间隙中,于在其间隙中保持原料组成物33的状态下进行硬化反应(交联反应),并且导入至加热装置34内,使原料组成物33于保持在一对保护膜31间的状态下进行热硬化,形成片状基材35。
所述基材也可在制备原料组成物后,使用各种涂布装置、棒涂布、刮刀片等通用的成膜装置或成膜方法来制作。
[步骤(2)]
本步骤中,首先,涂布包含纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管以及分散介质的组成物(碳纳米管分散液)。然后,通过干燥处理来去除分散介质,借此形成与所述基材形成一体的电极本体。
具体而言,首先,将多层碳纳米管添加在分散介质中。此时,视需要而进而添加黏合剂成分(或者黏合剂成分的原料)等所述其他成分或分散剂。
继而,使用湿式分散机,使包含多层碳纳米管的各成分分散(或者溶解)在分散介质中,借此制备涂布液(碳纳米管分散液)。此处,例如只要使用超声波分散机、喷射磨机、珠磨机等现存的分散机来分散即可。
所述分散介质例如可列举甲苯、甲基异丁基酮(methyl isobutyl ketone,MIBK)、醇类、水等。该些分散介质可单独使用,也可并用2种以上。
所述涂布液中,所述多层碳纳米管的浓度较佳为0.01重量%~10重量%。
若所述浓度小于0.01重量%,则存在多层碳纳米管的浓度过薄而需要反复涂布的情况。另一方面,若超过10重量%,则涂布液的黏度变得过高,另外,存在通过再凝聚,多层碳纳米管的分散性下降,难以形成均匀的电极本体的情况。
继而,通过喷涂等,将涂布液涂布在所述基材的表面的既定位置,使其干燥。此时,视需要,也可将基材表面的未形成电极本体的位置遮盖后再涂布所述涂布液。
所述涂布液的干燥条件并无特别限定,只要根据分散介质的种类或弹性体组成物的组成等来适当选择即可。
另外,涂布所述涂布液的方法并不限定于喷涂,除此以外,例如也可采用网版印刷法、喷墨印刷法等。
此外,视情况,在形成所述电极本体之前,为了提高所述基材与所述电极本体的密接性,也可对基材的表面实施预处理。然而,使用所述多层碳纳米管而形成的电极本体与基材具有极其优异的密接性,因此可不实施任何预处理,而在基材与电极本体之间确保充分的密接性。
通过经过如上所述的步骤,可制造如图1(a)、图1(b)或图2(c)所示的形状的伸缩性电极。
另外,制造如图2(a)所示的形状的伸缩性电极的情况下,例如可通过利用所述方法,在基材的一面形成电极本体后,使用各种涂布装置、棒涂布、刮刀片等通用的成膜装置或成膜方法等来涂布所述原料组成物,然后使其热硬化而制造。另外,也可通过另行制作将用以制作所述基材的原料组成物进行交联或半交联而获得的片材(基材),层压于在其中一面上形成有电极本体的基材上而制造。在半交联的情况下,也可在层压后使其完全交联。
另外,在制造图2(b)所示的伸缩性电极之类的基材及电极本体具有多层结构的伸缩性电极的情况下,只要在最初制作基材后,利用所述方法在所述基材上依次积层电极本体及另一基材,来制造具有多层结构的伸缩性电极即可。
如上所述的本发明的伸缩性电极例如可适合用作感测片。当然,本发明的伸缩性电极的用途并不限定为感测片,除此以外,当然可用作导电配线材,还可用于介电弹性体型致动器或产生器、进而要求伸缩柔软性的部位的各种信号线或小电力的电力线等多种用途。
继而,对本发明的感测片进行说明。
本发明的感测片是使用本发明的伸缩性电极的感测片,
所述基材为片状,所述电极本体设置在所述基材的两面,并且
设置在所述基材的其中一面的电极本体与设置在所述基材的另一面的电极本体夹持所述基材而至少一部分对向。
本发明的感测片中,在所述基材的两面设置有电极本体,且设置在所述基材的其中一面的电极本体与设置在另一面的电极本体夹持所述基材而至少一部分对向。因此,利用本发明的伸缩性电极,构成以所述基材作为介电层的电容器。
而且,本发明的感测片通过介电层(基材)以及追随其的电极本体的伸缩,电极本体的夹持基材而对向的部分的静电电容变化。因此,通过测量该静电电容的变化,例如可适合用于检测变形应变量等的静电电容传感器。
另外,所述感测片中,所述电极本体为带状,可在所述基材的两面各设置多行。该情况下,通过对夹持基材而对向的每个部分检测变形应变量,也可测定变形应变分布或面压分布。
参照附图,对使用所述伸缩性电极的静电电容式感测片,即包括多行的电极本体的静电电容式感测片进一步进行详细说明。
图4(a)是示意性地表示本发明的感测片的一例的平面图,图4(b)是图4(a)所示的感测片的A-A线剖面图。
图4(a)、图4(b)所示的感测片1为静电电容式感测片,包括:片状的介电层2;多行带状的表侧电极层01A~表侧电极层16A,其积层在介电层2的表面(正面);多行带状的背侧电极层01B~背侧电极层16B,其积层在介电层2的背面;表侧连接部01A1~表侧连接部16A1,其设置在表侧电极层01A~表侧电极层16A的一端,用以与外部配线连接;以及背侧连接部01B1~背侧连接部16B1,其设置在背侧电极层01B~背侧电极层16B的一端,用以与外部配线连接。
感测片1中,表侧电极层01A~表侧电极层16A与背侧电极层01B~背侧电极层16B夹持介电层2而对向的部分(在介电层的厚度方向上交叉的部分)成为检测部C0101~检测部C1616。此外,检测部的符号“C○○△△”中,前两位的“○○”与表侧电极层01A~表侧电极层16A对应,后两位的“△△”与背侧电极层01B~背侧电极层16B对应。
表侧电极层01A~表侧电极层16A分别呈现出带状,在介电层2的表面合计积层有16根。表侧电极层01A~表侧电极层16A分别于X方向(图4(a)中,左右方向)上延伸。表侧电极层01A~表侧电极层16A分别以在Y方向(图4(a)中,上下方向)上以既定间隔分离且相互成为大致平行的方式来分别配置。
背侧电极层01B~背侧电极层16B分别呈现出带状,在介电层2的背面合计积层有16根。背侧电极层01B~背侧电极层16B分别配置为自表背方向(介电层的厚度方向)看,与表侧电极层01A~表侧电极层16A大致正交。即,背侧电极层01B~背侧电极层16B分别于Y方向上延伸。另外,背侧电极层01B~背侧电极层16B以于X方向上以既定间隔分离且相互成为大致平行的方式来分别配置。
通过以所述方式来配置表侧电极层01A~表侧电极层16A以及背侧电极层01B~背侧电极层16B,可在对测定对象物的变形的位置或大小进行测定时,减少电极层的配置数以及电极配线数。即,在所述态样的情况下,效率良好地配置有检测部。
若进一步进行详细说明,则在图4(a)、图4(b)所示的例子中,表侧电极层与背侧电极层夹持介电层而对向的检测部以16×16=256计存在256处,但在将256处的检测部分别独立地形成的情况下,由于在各检测部存在表侧电极及背侧电极,故而为了对检测部的静电电容进行检测,而以256×2计需要512根的配线。与此相对,如图4(a)、图4(b)所示的例子般,在表侧电极层以及背侧电极层包含分别平行地配置的多行带状体,且该表侧电极层与背侧电极层是以自表背方向来看成为大致正交的方式来配置的情况下,包含16+16的32根用以对检测部的静电电容进行检测的配线。因此,如上所述,效率良好地配置有检测部。
而且,图4(a)、图4(b)所示的感测片1中,介电层2相当于本发明的伸缩性电极中的基材,表侧电极层01A~表侧电极层16A以及背侧电极层01B~背侧电极层16B分别相当于本发明的伸缩性电极中的电极本体。
包括如上所述的构成的感测片1如后所述,与测量元件连接而制成静电电容式传感器,将各16根的配线分别以外部的切换电路来切换,借此可一边将256处的检测部的每1处逐次切换,一边测定各检测部的静电电容。
而且,基于各检测部的静电电容,可检测感测片内的应变分布或应变位置、面压分布等信息。
在所述感测片为静电电容式感测片的情况下,就增大静电电容C来实现检测感度的提高的观点、以及实现对测定对象物的追随性的提高的观点而言,所述介电层的平均厚度较佳为10μm~1000μm,更佳为30μm~200μm。
另外,所述介电层的常温下的比介电常数较佳为2以上,更佳为5以上。若介电层的比介电常数小于2,则存在静电电容C变小,在用作静电电容式传感器时无法获得充分的感度的情况。
此外,所述感测片中,介电层(基材)或表侧电极层及背侧电极层(电极本体)的各自的平均厚度、宽度、长度等外观形状可根据所使用的感测片的用途来适当地设计变更。
而且,本发明的感测片也可为在片材内表侧电极层与背侧电极层夹持基材而对向的检测部仅具有1处的感测片。
另外,在将本发明的伸缩性电极用作静电电容式感测片的情况下,所述基材的杨氏模数较佳为0.1MPa~1MPa。若杨氏模数小于0.1MPa,则基材过软,难以进行高品质的加工,存在无法获得充分的测定精度的情况。另一方面,若杨氏模数超过1MPa,则存在如下顾虑:在基材过硬,测定对象物的变形荷重小的情况下会阻碍测定对象物的变形动作,测量结果与测量目的不相符。
另外,在将所述伸缩性电极用作静电电容式感测片的情况下,所述基材的硬度较佳为以依据JIS K 6253的使用A型硬度计而得的硬度(JIS A硬度)计为0°~30°,或者以依据JIS K7321的使用C型硬度计而得的硬度(JIS C硬度)计为10°~55°。
若所述C硬度小于10°,则存在由于基材过软而难以进行高品质的加工,无法确保充分的测定精度的情况,另一方面,若超过55°,则存在如下顾虑:由于基材过硬,故而在测定对象物的变形荷重小的情况下会阻碍测定对象物的变形动作,且测量结果与测量目的不相符。
另外,本发明的感测片的构成并不限定在图4(a)、图4(b)所示的构成,例如也可在表侧电极层和/或背侧电极层的表层侧,经由绝缘层(介电层),以用于去除串音噪声(crosstalk noise)的屏蔽电极层覆盖检测部的方式来形成所述感测片。另外,也可在最外层具备用以保护电极层(表侧电极层或背侧电极层、屏蔽电极层)的外涂层。
包含所述构成的感测片可以后述方式,通过经由外部配线,将表侧电极层与背侧电极层分别与测量元件连接而制成静电电容式传感器。
本发明的静电电容式传感器:包括本发明的感测片、测量元件、以及将所述感测片所具备的电极本体(所述表侧电极层及所述背侧电极层)及所述测量元件连接的外部配线,
将设置在所述基材的其中一面的电极本体与设置在所述基材的另一面的电极本体的夹持所述基材而对向的部分作为检测部,且
通过测量所述检测部中的静电电容的变化来测定变形应变量。
使用图4(a)、图4(b)所示的感测片(伸缩性电极)1的静电电容式传感器例如可列举具备如图5所示的构成的传感器。
图5是示意性地表示本发明的静电电容式传感器的一例的平面图。
图5所示的静电电容式传感器201包括图4(a)、图4(b)所示的使用本发明的伸缩性电极的感测片1、外部配线202及外部配线203、以及测量元件204。
感测片1的表侧连接部01A1~表侧连接部16A1分别经由多个(16根)配线接结所成的外部配线203而与测量元件204连接,另外,背侧连接部01B1~背侧连接部16B1分别经由多个(16根)配线接结所成的外部配线202而与测量元件204连接。
此外,外部配线只要如图5所示仅与表侧电极层及背侧电极层的其中一端连接即可,但视情况也可与两端连接。
测量元件204并未图示,视需要而包括电源电路、演算电路、静电电容、测定电路、画素切换电路以及显示装置等。测量元件204的具体例例如可列举电感电容电阻(inductance-capacitance-resistance,LCR)计等。
如上所述的静电电容式传感器201中,可根据测定对象物载置前的静电电容C及测定对象物载置后的静电电容C检测静电电容的变化量ΔC,基于所述静电电容的变化量ΔC来求出变形应变量,且可基于各检测部的变形应变量来求出变形应变分布或面压分布。
另外,所述感测片(伸缩性电极)的伸长率高,可在单轴方向上反复伸长30%以上,可追随柔软的测定对象物的变形或动作,且对伸缩变形或反复变形的耐久性优异。因此,包括所述感测片的静电电容式传感器中,例如可追踪测定对象物的形态,或直接检测测定对象物的移动等。
[实施例]
以下,通过实施例来对本发明进一步进行具体说明,但本发明并不限定在以下的实施例。
<碳纳米管分散液的制备>
(制备例1:碳纳米管分散液(A-1)的制备)
将利用基板成长法来制造的多层碳纳米管,即大阳日酸公司制造的高配向碳纳米管(层数为4层~12层,纤维径为10nm~20nm,纤维长度为50μm~150μm,碳纯度为99.5%)30mg添加在甲基异丁基酮(MIBK)30g中,使用喷射磨机(纳米喷射帕尔(NanoJet Pal)JN10-SP003,常光公司制造)来实施湿式分散处理,获得浓度为0.1重量%的碳纳米管分散液A-1。
(多层碳纳米管的平均长度的确认)
使用扫描型电子显微镜(日立(HITACHI)公司制造的S-4800),以倍率500倍对制备例1中使用的高配向碳纳米管进行观察,基于电子显微镜图像来算出所述高配向碳纳米管的平均长度(CNT森林的成长长度的平均值)。
具体而言,在如图6所示的电子显微镜照片中选择CNT森林部分,测定该部分的成长长度(图6的例子中为114μm),算出平均值。
此时,拍摄多张电子显微镜照片,算出随机抽出的10处的成长长度的平均值。
制备例1中使用的高配向碳纳米管的平均长度为102μm。
此外,图6是对制备例1中使用的高配向碳纳米管拍摄而得的电子显微镜照片中的其中1张。
(多层碳纳米管的平均纤维径的确认)
使用扫描型电子显微镜(日立(HITACHI)公司制造的S-4800),以倍率200000倍对制备例1中使用的高配向碳纳米管进行观察,基于电子显微镜图像来算出所述高配向碳纳米管的平均纤维径。
具体而言,在如图7所示的电子显微镜照片中随机抽出单独观察的碳纳米管,测定该碳纳米管的纤维径(图7所示的例子中为12.9nm),算出平均值。
此时,拍摄多张电子显微镜照片,算出随机抽出的10处的纤维径的平均值。
制备例1中使用的高配向碳纳米管的平均纤维径为12.8nm。
此外,图7是对制备例1中使用的高配向碳纳米管进行拍摄而得的电子显微镜照片中的其中1张。
(制备例2:碳纳米管分散液(A-2)的制备)
使用与制备例1的纤维长度不同的大阳日酸公司制造的高配向碳纳米管(层数为4层~12层,纤维径为10nm~20nm,纤维长度为150μm~300μm,碳纯度为99.5%)作为多层碳纳米管,以与所述制备例1相同的方式,获得浓度为0.1重量%的碳纳米管分散液A-2。
对于本例中使用的高配向碳纳米管,以与制备例1相同的方式算出平均长度以及平均纤维径的结果为,平均长度为298μm,平均纤维径为12.9nm。
(制备例3:碳纳米管分散液(A-3)的制备)
使用与制备例1的纤维长度不同的大阳日酸公司制造的高配向碳纳米管(层数为4层~12层,纤维径为10nm~20nm,长度为300μm~600μm,碳纯度为99.5%)作为多层碳纳米管,以与所述制备例1相同的方式,获得浓度为0.1重量%的碳纳米管分散液A-3。
对于本例中使用的高配向碳纳米管,以与制备例1相同的方式算出平均长度以及平均纤维径的结果为,平均长度为591μm,平均纤维径为11.1nm。
(制备例4:碳纳米管分散液(B)的制备)
除了代替大阳日酸公司制造的高配向碳纳米管,而使用作为多层碳纳米管的Nanocyl公司制造的NC7000(纤维径为9.5nm,平均长度为1.5μm,纵横比为158,碳纯度为90%)以外,以与碳纳米管分散液(A-1)的制备方法相同的方式,制备浓度为0.1重量%的碳纳米管分散液B。
(制备例5:碳纳米管分散液(C)的制备)
除了代替大阳日酸公司制造的高配向碳纳米管,而使用作为单层碳纳米管的超生长(super growth)CNT(纤维径的中值为约3nm,成长长度为500μm~700μm,纵横比为约100,000,碳纯度为99.9%,产业技术综合研究所提供)以外,以与碳纳米管分散液(A-1)的制备方法相同的方式,制备浓度为0.1重量%的碳纳米管分散液C。
(实施例1)
(1)秤取氢化羟基末端液状聚烯烃多元醇(爱坡(Epol),出光兴产公司制造)100质量份、以及以经烷基取代的二苯基醚作为主成分的高温用润滑油(莫莱斯柯海鲁布(Moresco Hilube)LB-100,莫莱斯柯(MORESCO)公司制造)100质量份,使用自转公转混合机(新基(THINKY)公司制造),以2000rpm搅拌混合3分钟。接着,在所得的混合物中添加触媒(佛莱兹触媒(Fomrez catalyst)UL-28,迈图(Momentive)公司制造)0.07质量份,利用自转公转混合机来搅拌1.5分钟。然后,添加异佛尔酮二异氰酸酯(戴斯莫杜尔(Desmodur)I,住化拜耳聚氨酯(Sumika Bayer Urethane)公司制造)11质量份,利用自转公转混合机来搅拌3分钟,除气1.5分钟,制备基材用的原料组成物,然后将其注入至图3所示的成形装置30中,以保护膜形成夹层状来搬送,并且以炉内温度为110℃、炉内时间为30分钟的条件进行交联硬化,获得带有保护膜的既定厚度的卷状片材。然后,在调节为80℃的炉中进行12小时后交联,获得层厚为50μm的基材片
继而,将所得的基材片进行裁剪,制作90mm×90mm×50μm的基材、及90mm×60mm×50μm的基材各1片。
(2)继而,在1片(90mm×90mm×50μm)基材的其中一面的中央部,通过喷涂而将碳纳米管分散液(A-1)8g涂布为带状,在100℃下干燥30分钟,借此形成宽20mm、长80mm、厚1μm的电极本体。
进而,制备将与基材用原料组成物为相同配方的组成物溶解于甲苯中而得的0.2重量%甲苯溶液,将该0.2重量%甲苯溶液4g作为底漆(primer),通过喷涂而在电极本体上涂布为带状,在100℃下干燥30分钟。此时,电极本体的两端部(距离端部8mm的部分)在喷涂前遮盖。
另外,使用(亚特(Airtex)公司制造,KIDS-102)作为喷枪(airbrush),喷嘴仅自完全闭合的状态打开1转的程度,且将喷嘴的尖端至涂布面为止的距离设为10cm来进行喷涂。
然后,以夹入电极本体的方式,使形成有电极本体的基材与另一片(90mm×60mm×50μm)基材贴合而获得伸缩性电极。
(实施例2)
除了代替碳纳米管分散液(A-1)而使用碳纳米管分散液(A-2)以外,以与实施例1相同的方式获得伸缩性电极。
(实施例3)
除了代替碳纳米管分散液(A-1)而使用碳纳米管分散液(A-3)以外,以与实施例1相同的方式获得伸缩性电极。
(比较例1)
除了代替碳纳米管分散液(A-1)而使用碳纳米管分散液(B)以外,以与实施例1相同的方式获得伸缩性电极。
(比较例2)
除了代替碳纳米管分散液(A-1)而使用碳纳米管分散液(C)以外,以与实施例1相同的方式获得伸缩性电极。
(评价:相对于反复伸缩的电阻变化的测定)
对于实施例及比较例中获得各个伸缩性电极,使用图8所示的评价装置,反复进行1000个循环的如下伸缩,所述伸缩是以自未伸长状态起于单轴方向(电极本体的长边方向)上伸长100%后恢复为未伸长状态的循环作为1个循环。测定第2个循环~第3个循环、第10个循环、第100个循环、第500个以及第1000个循环中的电极本体的所述电阻。
具体而言,如图8所示,在与基材51形成一体的电极本体52的两端,经由导电油脂(未图示)而安装铜箔53,将伸缩性电极50的与电极本体52垂直的2边以树脂框54进行约束,将安装在电极本体52的两端部的铜箔53分别经由引线55而与万用表(multimeter)(爱德万(ADVANTEST)公司制造,R6441C)56连接,将使框间于单轴方向(图中,箭头的方向)上伸长后恢复为未伸长状态的伸缩反复行,测定电阻的变化。此时,框间距离(图8中,参照L)设为50mm。
关于测定结果,作为在纵轴上绘制(plot)电阻(对数)、且在横轴上绘制伸长率的图表而示在图9~图13中。进而,关于实施例1~实施例3及比较例1、比较例2的伸缩性电极,将第2个循环以及第1000个循环的各自的未伸长时(伸长0%时)以及伸长100%时的电阻示于下述表1中。
[表1]
如表1以及图9~图13所示的结果所明示,包括使用纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管来形成的电极本体的伸缩性电极中,导电性优异(电阻其本身低),且伸长100%时的电阻基本上不增大,另外,反复伸缩时的电阻的不均也基本上未确认到。
与此相对,包括包含平均长度短至约10μm的多层碳纳米管的电极本体的例子(比较例1)中,导电性低,另外,伸长时的电阻的增大或反复伸缩时的电阻的不均显著。另外,包括包含单层碳纳米管的电极本体的例子(比较例2)中,导电性低。
[产业上的可利用性]
本发明的伸缩性电极可用于感测片、导电配线材、介电弹性体型致动器、产生器、进而要求伸缩柔软性的部位的各种信号线或小电力的电力线等多种用途,可适合用作要求伸缩性及柔软性的静电电容式传感器等的感测片。

Claims (6)

1.一种感测片,其使用包括包含弹性体组成物的基材、以及与所述基材形成一体的电极本体的伸缩性电极,所述感测片的特征在于:
所述电极本体是使用纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管而形成,
所述基材为片状,所述电极本体设置在所述基材的两面,
设置在所述基材的其中一面的电极本体与设置在所述基材的另一面的电极本体夹持着所述基材而至少一部分对向,并且
所述伸缩性电极为当反复进行1000个循环的伸缩,且所述伸缩是以自未伸长状态起于单轴方向上伸长100%后恢复为未伸长状态的循环作为1个循环时,在第2个循环以后的各循环中,伸长100%时的相对于未伸长时的电阻的增加率小于100%,所述电阻的增加率为〔[伸长100%时的电阻值]-[未伸长时的电阻值]〕/[未伸长时的电阻值]×100。
2.一种感测片,其使用包括包含弹性体组成物的基材、以及与所述基材形成一体的电极本体的伸缩性电极,所述感测片的特征在于:
所述电极本体是使用纤维长度为50μm以上的多层碳纳米管而形成,
所述基材为片状,所述电极本体设置在所述基材的两面,
设置在所述基材的其中一面的电极本体与设置在所述基材的另一面的电极本体夹持着所述基材而至少一部分对向,并且
所述伸缩性电极为当反复进行1000个循环的伸缩,且所述伸缩是以自未伸长状态起于单轴方向上伸长100%后恢复为未伸长状态的循环作为1个循环时,相对于第2个循环的伸长100%时的所述电极本体的电阻,第1000个循环的伸长100%时的所述电极本体的电阻的变化率为5%以下,所述变化率为〔[第1000个循环、伸长100%时的电阻值]-[第2个循环、伸长100%时的电阻值]的绝对值〕/[第2个循环、伸长100%时的电阻值]×100。
3.根据权利要求2所述的感测片,其中所述伸缩性电极为当反复进行1000个循环的伸缩,且所述伸缩是以自未伸长状态起于单轴方向上伸长100%后恢复为未伸长状态的循环作为1个循环时,在第2个循环以后的各循环中,伸长100%时的相对于未伸长时的电阻的增加率小于100%,所述电阻的增加率为〔[伸长100%时的电阻值]-[未伸长时的电阻值]〕/[未伸长时的电阻值]×100。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的感测片,其中所述多层碳纳米管的纤维径为5nm~30nm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的感测片,其中所述电极本体为带状,且于所述基材的两面各设置有多行。
6.一种静电电容式传感器,其特征在于:包括如权利要求1至5中任一项所述的感测片、测量元件、以及将所述感测片所具备的电极本体及所述测量元件连接的外部配线;并且
将设置在所述基材的其中一面的电极本体与设置在所述基材的另一面的电极本体的夹持所述基材而对向的部分作为检测部,且
所述测量元件通过测量所述检测部的静电电容的变化来测定变形应变量。
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10595975B2 (en) 2014-05-26 2020-03-24 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Capacitive sensor array for dental occlusion monitoring
FI127245B (en) * 2016-07-11 2018-02-15 Forciot Oy Power and / or pressure sensors
KR102006831B1 (ko) * 2016-08-01 2019-10-08 한국생산기술연구원 탄소나노튜브 방적사를 구비하는 유연 전극 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 발열 장치
WO2018037881A1 (ja) * 2016-08-25 2018-03-01 日本電気株式会社 フレキシブル電極及びセンサー素子
US10813257B2 (en) * 2016-09-05 2020-10-20 Nec Corporation Electromagnetic wave absorbing material
US10663361B2 (en) 2016-10-13 2020-05-26 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for tactile sensing
JP2018077191A (ja) * 2016-11-11 2018-05-17 北川工業株式会社 感圧センサー
CN106647065B (zh) * 2017-03-13 2019-08-02 京东方科技集团股份有限公司 显示面板及其控制方法、显示装置
CN107478360B (zh) * 2017-08-18 2020-05-19 北京纳米能源与系统研究所 电容式柔性压力传感器及其制备方法
WO2019139164A1 (ja) 2018-01-15 2019-07-18 Nok株式会社 生体電極
CN111372515B (zh) 2018-01-15 2023-03-24 Nok株式会社 生物电极
CN108847454B (zh) * 2018-04-09 2019-08-09 复旦大学 一种自愈合的可拉伸发光器件及其制备方法
CN110660591B (zh) * 2018-06-29 2020-12-04 清华大学 可拉伸电容器电极-导体结构及超级电容器
JP2022506695A (ja) * 2018-11-08 2022-01-17 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 軟質の静電容量式圧力センサ
GB2580928B (en) * 2019-01-30 2023-02-08 Hyve Dynamics Holdings Ltd A stretchable bidirectional capacitive pressure sensor and method of use
KR101993313B1 (ko) 2019-04-15 2019-06-26 한국생산기술연구원 액체 금속을 이용한 유연성 필터 소자 및 그 제조 방법
KR101993314B1 (ko) 2019-04-16 2019-06-26 한국생산기술연구원 액체 금속을 포함하는 기판 적층체, 이를 이용한 유연성 필터 소자 및 필터 소자의 제조 방법
KR102569329B1 (ko) 2019-04-16 2023-08-22 한국생산기술연구원 액체 금속을 이용한 유연성 센서 디바이스
KR102322963B1 (ko) 2019-04-17 2021-11-09 한국생산기술연구원 액체 금속이 침습된 베이스를 포함하는 도전성 패턴 기판
TWI728345B (zh) * 2019-04-19 2021-05-21 美宸科技股份有限公司 柔性感測器
JP7133133B2 (ja) 2019-04-23 2022-09-08 トヨタ自動車株式会社 スイッチ装置
EP3952341A4 (en) * 2019-04-26 2022-08-17 Sumitomo Riko Company Limited ELECTROSTATIC TRANSDUCER AND ELECTROSTATIC TRANSDUCER UNIT
KR102013796B1 (ko) 2019-05-27 2019-10-21 한국생산기술연구원 액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판 및 그 제조 방법
KR102478313B1 (ko) 2019-05-28 2022-12-16 한국생산기술연구원 핀을 이용한 도전성 패턴의 제조 방법 및 그로부터 제조된 패턴 기판
KR102035581B1 (ko) 2019-05-28 2019-10-23 한국생산기술연구원 도전성 패턴 형성용 스탬프, 이를 이용한 도전성 패턴 기판의 제조 방법 및 이를 통해 준비된 도전성 패턴 기판
KR102317316B1 (ko) 2019-06-03 2021-10-26 한국생산기술연구원 스탬프를 이용한 액체 금속의 패터닝 방법
KR102078215B1 (ko) 2019-06-19 2020-02-17 한국생산기술연구원 액체 금속을 포함하는 인덕터 복합 소자, 인덕터 복합 소자를 포함하는 수동 소자 기판의 제조 방법, 및 수동 소자 기판의 튜닝 방법
KR102063802B1 (ko) 2019-06-19 2020-01-08 한국생산기술연구원 개선된 기생 커패시턴스 특성을 갖는 액체 금속 커패시터 복합 소자 기판 및 그 제조 방법
KR20210004063A (ko) 2019-07-03 2021-01-13 한국생산기술연구원 커패시터 복합 소자 기판
KR20210004059A (ko) 2019-07-03 2021-01-13 한국생산기술연구원 인덕터 복합 소자 기판
CN111048238B (zh) * 2019-11-19 2021-01-12 清华大学 一种双面导通柔性电极及其制备方法与应用
IL280607A (en) * 2021-02-03 2022-09-01 Yeda Res & Dev A non-covalent hybrid containing carbon-based nanotubes and aromatic molecules, and uses

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4240782A1 (de) * 1992-12-04 1994-06-09 Hildegard Roethel Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Druckwerte von Körperpartien eines Patienten zur Dekubitusprophylaxe
CN1148166A (zh) * 1995-07-28 1997-04-23 日本代纳马特株式会社 压力传感器
CN101512311A (zh) * 2006-08-31 2009-08-19 韩国标准科学研究院 用于曲面的触觉传感器及其制备方法
TW201123566A (en) * 2009-12-18 2011-07-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Electrostrictive material and actuator using the same
CN102498595A (zh) * 2009-07-22 2012-06-13 拜尔材料科学股份公司 生产可伸缩电极的方法
CN103080714A (zh) * 2011-04-19 2013-05-01 东海橡塑工业株式会社 静电电容式传感器装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8361608B1 (en) * 2002-04-17 2013-01-29 Conductive Composites Company, L.L.C. Electrically-conductive nanocomposite material
JP4703450B2 (ja) 2005-11-11 2011-06-15 日信工業株式会社 熱硬化性樹脂組成物の製造方法、硬化した樹脂組成物及びその製造方法
JP4771971B2 (ja) 2007-02-09 2011-09-14 東海ゴム工業株式会社 柔軟電極およびそれを用いた電子機器
CN101425381B (zh) * 2007-11-02 2012-07-18 清华大学 超级电容器及其制备方法
WO2009102077A1 (ja) 2008-02-11 2009-08-20 The University Of Tokyo カーボンナノチューブゴム組成物、配線、導電性ペースト、電子回路およびその製造方法
US7949017B2 (en) * 2008-03-10 2011-05-24 Redwood Photonics Method and apparatus for generating high power visible and near-visible laser light
JP5046127B2 (ja) * 2008-10-16 2012-10-10 独立行政法人産業技術総合研究所 高アスペクト比のカーボンナノチューブとイオン液体から構成される導電性薄膜、アクチュエータ素子
CN101781461B (zh) * 2009-01-16 2012-01-25 清华大学 电致伸缩复合材料及其制备方法
JP2011017626A (ja) 2009-07-09 2011-01-27 Sony Corp 力学量検知部材及び力学量検知装置
CN102044627A (zh) * 2009-10-22 2011-05-04 清华大学 电致伸缩复合材料及电致伸缩元件
JP5570353B2 (ja) 2010-09-03 2014-08-13 バイエル マテリアルサイエンス株式会社 伸縮性配線を有する導電部材
JP5649901B2 (ja) * 2010-10-06 2015-01-07 川研ファインケミカル株式会社 多層カーボンナノチューブ集合体及びその製造方法
JP2012117892A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Tokai Rubber Ind Ltd 変形センサ、キャリブレーション方法、キャリブレーション用プログラム
JP2013118128A (ja) 2011-12-05 2013-06-13 Nippon Zeon Co Ltd 透明導電膜及びその利用
JP5308603B1 (ja) 2012-02-15 2013-10-09 バンドー化学株式会社 圧電素子、アクチュエータ素子、アクチュエータ、発電素子、発電デバイス及び可撓性シート
US9534972B2 (en) * 2012-02-16 2017-01-03 7-Sigma Inc. Pressure sensor with a deformable electrically resistive membrane
US8850897B2 (en) * 2012-02-16 2014-10-07 7-Sigma Incorporated Electrically conductive nanotube composite sensor for medical application
WO2013146262A1 (ja) * 2012-03-29 2013-10-03 東海ゴム工業株式会社 導電性組成物および導電膜
US9664717B2 (en) * 2012-04-26 2017-05-30 The University Of Akron Flexible tactile sensors and method of making
JP5497222B2 (ja) * 2012-09-28 2014-05-21 バンドー化学株式会社 静電容量型センサシート及び静電容量型センサシートの製造方法
KR101877108B1 (ko) * 2013-01-29 2018-07-10 중국 과학원, 쑤저우 나노기술 및 나노바이오닉스 연구소 전자 피부 및 그 제조 방법과 용도
KR20150131241A (ko) * 2013-03-15 2015-11-24 브라이엄 영 유니버시티 스트레인 게이지로서 사용되는 복합 재료
JP2013147669A (ja) 2013-05-07 2013-08-01 Tokai Rubber Ind Ltd 導電性材料
US8941392B1 (en) * 2013-08-17 2015-01-27 Bend Labs, Inc. Angular displacement sensor of compliant material
JP6168912B2 (ja) * 2013-08-20 2017-07-26 バンドー化学株式会社 伸縮性電極及びセンサシート
JP2015197382A (ja) * 2014-04-01 2015-11-09 バンドー化学株式会社 静電容量型センサ、及び歪み計測装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4240782A1 (de) * 1992-12-04 1994-06-09 Hildegard Roethel Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Druckwerte von Körperpartien eines Patienten zur Dekubitusprophylaxe
CN1148166A (zh) * 1995-07-28 1997-04-23 日本代纳马特株式会社 压力传感器
CN101512311A (zh) * 2006-08-31 2009-08-19 韩国标准科学研究院 用于曲面的触觉传感器及其制备方法
CN102498595A (zh) * 2009-07-22 2012-06-13 拜尔材料科学股份公司 生产可伸缩电极的方法
TW201123566A (en) * 2009-12-18 2011-07-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Electrostrictive material and actuator using the same
CN103080714A (zh) * 2011-04-19 2013-05-01 东海橡塑工业株式会社 静电电容式传感器装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DARREN J. ETC: "Skin-like pressure and strain sensors based on transparent elastic films of carbon nanotubes", 《NATURE NANOTECHNOLOGY》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105765668A (zh) 2016-07-13
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TWI652697B (zh) 2019-03-01

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