JP2011011549A - イオン性ポリマーデバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
イオン性ポリマー複合体デバイス及び該イオン性ポリマー複合体デバイスを製造する方法を提供する。
【解決手段】
イオン性ポリマー複合体デバイスは、それぞれ、複数の導電性粒子を含む少なくとも1つのイオン性ポリマーを含む、2つの拡張電極層、及び、2つの拡張電極層の間の、少なくとも1つのスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又は誘導体を含む、誘電層を含む。
【選択図】図1
Description
とを含む。このような製造方法は通常、より多くの物質をイオン性ポリマー膜中に拡散させる吸収工程及び還元工程を繰返し必要とするため、非常に長く高価なプロセスが必要とされる。しかしながら、ポリマー膜中への物質の拡散は依然として、膜表面から約20ミクロン未満に制限されている。製造プロセスは高価なだけでなく、イオン性ポリマーアクチュエータ/センサの性能は、導電材料の拡散制限によっても影響を受ける。
の1つで示される。
る。金属粒子は、任意の形状を有していてもよく、また事前に形成されるか、金属塩の還元によってポリマー中で形成されるか、又は市販のものであってもよい。各拡張電極層31の厚さは、ポリマー複合体全体の厚さの約1%〜約49%、好ましくは約10%〜約40%、より好ましくは約15%〜約30%であり得る。
の1つで示される。
4,4’−ジクロロジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホン酸ナトリウム塩一水和
物(30.56g、0.060mol)、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン(34.46g、0.120mol)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル(37.24g、0.200mol)、炭酸カリウム(33.17g、0.240mol)、N−メチルピロリドン(220mL)及びトルエン(170mL)を、ディーン・スターク・トラップ、冷却器、スターラー及び窒素供給管を備えた四つ口丸底フラスコ(1000mL)に加えた。混合物を約160℃に加熱し、2時間還流した後、190℃に昇温して、39時間撹拌することによりトルエンを留去した。110℃に冷却した後、4,4’−ジフルオロビフェニルスルホン(5.09g、0.020mol)及びN−メチルピロリドン(230mL)を加え、1時間撹拌した後、180℃で12時間撹拌した。冷却しながら、溶液を水2500mLに注ぎ、化合物を沈殿させた。沈殿した化合物を濾過し、蒸留水で十分に洗浄した。引き続き140℃で5時間加熱乾燥することにより、目的の高分子量SPESを得た。
4,4’−ジクロロジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホン酸ナトリウム塩一水和物(76.4g、0.150mol)、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン(21.54g、0.750mol)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル(46.55g、0.250mol)、炭酸カリウム(41.46g、0.300mol)、N−メチルピロリドン(230mL)及びトルエン(270mL)を、ディーン・スターク・トラップ、冷却器、スターラー及び窒素供給管を備えた四つ口丸底フラスコ(1000mL)に加えた。混合物を約160℃に加熱し、2時間還流してトルエンを留去した後、190℃に昇温して、18時間撹拌した。110℃に冷却した後、4,4’−ジフルオロビフェニルスルホン(6.36g、0.025mol)及びN−メチルピロリドン(230mL)を加え、1時間撹拌した後、180℃で25時間撹拌した。冷却しながら、溶液を水2500mLに注ぎ、化合物を沈殿させた。沈殿した化合物を濾過し、蒸留水で十分に洗浄した。引き続き140℃で5時間加熱乾燥することにより、目的の高分子量SPES−Ibを得た。
4,4’−ジクロロジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホン酸ナトリウム塩一水和物(30.56g、0.060mol)、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン(34.46g、0.120mol)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル(37.24g、0.200mol)、炭酸カリウム(33.17g、0.240mol)、N−メチルピロリドン(220mL)及びトルエン(170mL)を、ディーン・スターク・トラップ、
冷却器、スターラー及び窒素供給管を備えた四つ口丸底フラスコ(500mL)に加えた。混合物を約160℃に加熱し、2時間還流した後、190℃に昇温して、16時間撹拌することによりトルエンを留去した。110℃に冷却した後、デカフルオロビフェニル(6.68g、0.020mol)及びN−メチルピロリドン(170mL)を加え、1時間撹拌した後、140℃で9時間撹拌した。冷却しながら、溶液を水7000mLに注ぎ、化合物を沈殿させた。沈殿した化合物を濾過し、蒸留水で十分に洗浄した。引き続き140℃で6時間加熱乾燥することにより、目的の高分子量SPESを得た。
4,4’−ジクロロジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホン酸ナトリウム塩一水和物(48.38g、0.095mol)、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン(21.83g、0.760mol)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル(35.38g、0.190mol)、炭酸カリウム(31.51g、0.228mol)、N−メチルピロリドン(220mL)及びトルエン(170mL)を、ディーン・スターク・トラップ、冷却器、スターラー及び窒素供給管を備えた四つ口丸底フラスコ(500mL)に加えた。混合物を約160℃に加熱し、2時間還流してトルエンを留去した後、190℃に昇温して、36時間撹拌した。110℃に冷却した後、デカフルオロビフェニル(6.35g、0.019mol)及びN−メチルピロリドン(170mL)を加え、1時間撹拌した後、140℃で9時間撹拌した。冷却しながら、溶液を水2500mLに注ぎ、化合物を沈殿させた。沈殿した化合物を濾過し、蒸留水で十分に洗浄した。引き続き140℃で5時間加熱乾燥することにより、目的の高分子量SPESを得た。
4,4’−ジクロロジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホン酸ナトリウム塩一水和物(67.90g、0.1333mol)、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン(47.86g、0.1667mol)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル(62.06g、0.3333mol)、炭酸カリウム(55.27g、0.4000mol)、N−メチルピロリドン(380mL)及びトルエン(300mL)を、ディーン・スターク・トラップ、冷却器、スターラー及び窒素供給管を備えた四つ口丸底フラスコ(500mL)に加えた。混合物を約160℃に加熱し、2時間還流した後、190℃に昇温して、38時間撹拌することによりトルエンを留去した。110℃に冷却した後、デカフルオロビフェニル(11.14g、0.0333mol)及びN−メチルピロリドン(300mL)を加え、1時間撹拌した後、140℃で8時間撹拌した。冷却しながら、溶液を水7000mLに注ぎ、化合物を沈殿させた。沈殿した化合物を濾過し、蒸留水で十分に洗浄した。引き続き140℃で6時間加熱乾燥することにより、目的の高分子量SPESを得た。
導電層13はさらに、導電性ポリマー、カーボンナノチューブ及びグラファイト等の非金属、又は他の導電性材料を含んでいてもよい。実施形態によっては、導電層13は端子15及びワイヤ17を介して電源16に接続されて、アクチュエータ要素又はセンサ要素として構成され得る。導電層13は、平面全体に(端子15からの)良好な電導度を保証するように機能するのに対し、導電性粒子12は、拡張電極層31の厚さ方向の(導電層13からの)電導度を保証する。
IECの大きいSPESイオン性ポリマーは通常、溶媒取り込み時の膨潤比が大きく、例えば、約40%〜約200%又は約60%〜約150%の膨潤比である。膨潤比は、ポリマーの種類及びそのIEC、溶媒の種類、付随するカチオンの種類、並びにポリマーの熱履歴に依存する。例えば、IECが2.03の乾燥(例えば、100℃の真空オーブンに一晩置いた後の)高分子量SPESは、1週間後、室温で脱イオン(DI)水に浸漬させた後に80%近い体積増加を示す。IECが大きく、溶媒含量が高いと、カチオン伝導度が改善されるが、体積増加が大きいと、アクチュエータ−センサ性能に対していくらかの負の効果を有し得る。
すため、等価静電容量が減少する。アクチュエータ−センサデバイスの動作には、これらの導電性ナノ粒子が拡張電極層中に密に、すなわち接触して又は非常に短い距離(数nm以下)で、充填されることが必要である。一方、複合体膜が乾燥している場合に表面電極層を塗付すると、水和時に、拡張電極層の高IECイオン性ポリマーは大量に膨潤するのに対し、表面電極層は変化しない。この膨張の不一致により、2つの隣接層間に力が生じる。その結果、塗付した表面電極はひび割れ又は剥離し、そのため、表面電導度が大きく低下する。
図1に示したイオン性ポリマーデバイスの種々の実施形態を製造する幾つかの方法を説明する。幾つかの実施形態は、「事前形成した導電性粒子の分散」を利用して拡張電極層を作り出すことによりポリマー複合体を形成する方法を提供する。他の実施形態は、金属塩を硬化ポリマー複合体中で還元して、拡張電極層中にナノスケール及び/又はマイクロスケールの導電性金属粒子を形成する、「in−situ還元」によりポリマー複合体を形成する方法を提供する。実施形態によっては、まず、ポリマー複合体を製造し、次いで、導電性層をポリマー複合体の両表面上に堆積させることにより、電極を形成する。ポリマー複合体に対するカチオン交換及び溶媒吸収等の他の工程は、電極の形成前又は後に実施することができる。
幾つかの実施形態は、事前形成した導電性粒子を用いてイオン性ポリマーデバイスのイオン性ポリマー複合体を製造する方法を提供する。事前形成した導電性粒子の非限定的な例としては、事前形成した又は市販の金属粒子、導電性繊維又は導電性クラスター鎖、グラファイト、炭素ナノチューブ、導電性ポリマー及びそれらの任意の組合せが挙げられる。事前形成した金属粒子は、自前で合成してもよく、又は市販のナノ粒子若しくは粉末で
あってもよい。事前形成した金属粒子の非限定的な例としては、粒径が約100nm未満、好ましくは約30nm未満、又はより好ましくは約20nm未満である、アルコール中の金ナノ粒子、及び粒径が約100nm未満、好ましくは約30nm未満である、粉末形態の銀ナノ粒子が挙げられる。
例えば、断続的にボルテックスすることと超音波処理とを組み合わせることにより、微視的及び巨視的の両レベルで確実に混合されるようにできる。
00G、約350Gから約550G、又は約400Gの力がかかる。実施形態によっては、高速混合により、約10Gより大きな、200Gより大きな、約350Gより大きな、又は400Gより大きな力がかかる。実施形態によっては、粉砕媒体の添加により混合時間を低減できる。粉砕媒体の非限定的な例としては、ZrO2、SiO2、MgO、CaO、Y2O3、Ce2O3、又はそれらの誘導体で作られたセラミックビーズが挙げられる。実施形態によっては、混合前に、ZrO2ビーズ(約0.1mmから約5mm、又は約1.5mmから約2mm)を混合物に添加する。実施形態によっては、約1gから約100g、約1gから約50g、又は約3gから約10gのZrO2ビーズを添加する。ポリマー−粒子混合物は、次いでキャスティング成形され、イオン性ポリマー層が形成される。
%〜約30%であり得る。
いくつかの実施形態は、ポリマー複合体中に拡張電極層を形成するin−situ還元法を提供する。実施形態によっては、イオン性ポリマー溶液は、イオン性ポリマーを溶媒中に混合することによって製造され得る。好適なイオン性ポリマーとしては、イオン伝導することができる他のポリマーが挙げられ、この例は上記に挙げたものである。図9を参照すると、イオン性ポリマーデバイスを製造するプロセス100は、少なくとも1つの金属塩及びイオン性ポリマー溶液を含む混合物を準備することによる工程105で開始される。この混合物は、ポリマー−塩混合物又は溶液である。金属塩を、イオン性ポリマー溶液に添加し、強力攪拌する。実施形態によっては、金属塩は、HAuCl4、[Au(phen)Cl2]Cl、[Pt(NH3)6]Cl2、H2PtCl6、又は他のAu塩若しくはPt塩であり得る。一実施形態において、1又は複数の添加剤を混合物に添加して、硬化したポリマーの性能を改良することができる、例えば、ジメチルホルムアミド(DMF)を添加してポリマーのひび割れを防止することができる。
には、硬化ポリマー層の第2の表面18bにわたって導入されるか又は添加される。第2の表面18bは、重力と対面するか、又は重力と反対の方向にあるように配向される。実施形態によっては、マイクロ噴霧機を使用して還元剤を導入し、液滴が第2の表面18bにわたって小さく且つ均質に分散されることを保証することができる。導電性粒子12は、重力のために、反対の第1の表面18aに向けて沈降及び移動する。第1の拡張電極層31aは、硬化ポリマーの第1の表面18aに且つ第1の表面18a付近に形成される。還元剤の導入速度を調節することによって、第1の表面18aで高濃度を伴う粒子の濃度勾配を実現することができる。
、導電性金属の薄膜、網、又は多孔性薄膜を、積層体の2つの外表面上に貼り付けて結合させることができ、これが複合体の第1の表面18a及び第2の表面18bとなる。実施形態によっては、導電性金属の薄膜、網、又は多孔性薄膜は、金、白金、銀、銅、ニッケル等を含み得る。実施形態によっては、薄膜又は網の厚さは、約10nm〜約100μm、好ましくは約100nm〜約10μm、又はより好ましくは約1μmであり得る。この方法を用いて形成した表面電極は、水及びカチオンを通過させることができ、水和時の膨潤に対してより高い耐性を示し得る。
うな表面電極を形成することができる。
をポリマー表面上に堆積させた後で、表面電極に対し加熱プレス(すなわち、熱及び圧力処理)がなされれば、表面電極薄膜(例えば金属薄膜)とポリマー表面との接着は改善され得る。
別の実施形態は、電極と接するような表面形状/特質がインプリンティングされたイオン性ポリマー複合体を形成することによって、イオン性ポリマー相と導電相又は電極との間の界面領域を大きくする新規な方法を提供する。好適なイオン性ポリマーとしては、イオン伝導が可能な任意のポリマー、例えば、SPESポリマー、ペルフルオロ−スルホン酸ポリマー(ナフィオン(登録商標))、ペルフルオロ−カルボン酸ポリマー(フレミオン(登録商標))、ポリスチレン−スルホン酸ポリマー及びペルフルオロ−第三級アンモニウムポリマーが挙げられる。好ましい実施形態において、イオン性ポリマー複合体は、SPESポリマー溶液を用いて形成される。これらのポリマー溶液は、上記方法により製造される。イオン性ポリマー複合体のインプリンティングされた表面は、ナノスケール又はミクロスケールの表面形状/特質、例えば孔、溝及びトンネルを含む。
子間力顕微鏡(AFM)によって特性化され得る。多孔質シリコンプレートの一実施形態は、大きい多孔性及び約5nm未満の平均孔径を示す。好ましい実施形態では、インプリンティング用プレート20は、比較的小さい孔(ナノメートルスケール)及び大きい孔深さ(マイクロメートルスケール)を有し、それゆえ、約10〜約100以上の大きいアスペクト比を有する。インプリンティング用プレートは、大きい多孔性(約70%〜約95%以上)を示し、それゆえ、大きい表面積対体積比を示す。インプリンティング用プレート表面を特性化及び試験することによって、修練者は、所望のテンプレートを製造するようにエッチングパラメータ及び条件を調節することができる。
てもよい。アルキルアンモニウムカチオンとしては、テトラブチルアンモニウム(TBA+)及びテトラメチルアンモニウム(TMA+)が挙げられるが、これらに限定されない。これらのカチオンの異なる組合せは、所望の駆動性能及び特性を得るように探ることができる。実施形態によってはまた、相互結合したクラスターネットワークがイオン性ポリマー複合体中に形成されるように、溶媒吸収がおこなわれる。カチオンの移動は溶媒によって促進され、異なる溶媒の種類又は量を有するイオン性ポリマーアクチュエータは、異なる駆動性能を示し得る。溶媒としては、水、有機溶媒(例えば、エチレングリコール、グリコール、グリセロール若しくはクラウンエーテル)、又はイオン液体(例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート)が挙げられるが、これらに限定されない。また実施形態によっては、イオン交換及び溶媒吸収は、導電層を堆積する前におこなってもよい。
この拡張電極薄膜を製造するために、QuantumSphere(登録商標)銀ナノ粒子、SPES−IIc(IEC=1.44)、及び溶媒としてDMFからポリマー−粒子溶液を調製する。或る特定濃度のSNPを5重量%ポリマー溶液に分散する。ポリマー
粒子溶液は濾過してから使用する。シリコーン型は、表面積が21cm2であり、PET薄膜に覆われたガラスの基板を有する。第1の層は、150mg/mLのポリマー−SNP溶液1.3mLから、60℃〜80℃で1時間の温度ランプ(ramp)、次いで、80℃〜100℃で2時間の温度ランプによりキャスティング成形する。相対値で−5inHgの低真空及び20L/分の空気流速を、プロセス全体を通して維持する。第2の層は、同一条件下、第1の層の上に、20mg/mLのポリマー−SNP溶液3.0mLからキャスティング成形する。黒色薄膜が得られ、冷却後に剥離する。下表面は、SNPの濃度が非常に高いため、光沢のない特性を有し、表面電気抵抗率が、マルチメータで測定される場合、長さ方向の薄膜全体にわたって2Ωと低い。上表面は、SNPの濃度が非常に低いため、光沢のあるポリマー特性を示し、抵抗が∞Ωである。
この拡張電極薄膜を製造するために、複合体溶液をKetjen Black炭素ナノ粒子、SPES−IIa(IEC=1.27)、及び溶媒としてNMPから調製する。まず、SPESポリマー111mgをNMP溶媒2mLに溶解した(5.3重量%)。超音波処理槽で一晩処理した後、Ketjen Black 50mgをポリマー溶液に加え、再度一晩、超音波処理槽で処理した。得られた固体薄膜中のCNP濃度は31重量%である。
最初は固体粉末形態で開始したSPES−IIc(IEC=1.44)を溶媒であるDMFと混合及び溶解することにより、10重量%ポリマー溶液を調製した。さらに、DMFをQuantum Sphere銀ナノ粒子と2つの異なる濃度:300mg/mL及び40mg/mLで組み合わせた。3つの溶液すべてを超音波処理槽で24時間超音波処理し、断続的に3回ボルテックスした。次いで、SPESポリマー溶液を、2つの最終濃度が5重量%ポリマー溶液中で150mg/mL及び20mg/mLとなるように、両方の銀ナノ粒子溶液と組み合わせた。組み合わせた後、これらの最終溶液を、超音波処理槽に24時間入れて、断続的に3回ボルテックスした。分散後、両方の溶液を5μmのシリンジフィルタを用いて濾過した。
ライオン株式会社製の炭素ナノ粒子(CNP)の1種であるKetjen Blackを用いて、また実施例3に記載したものと同様の製造方法に従った。まず、粉末形態のSPES−IIa(IEC=1.27)を、溶媒であるNMPと混合して、5.3重量%溶液を製造し、超音波処理槽で一晩超音波処理し、断続的に3回ボルテックスした。次いで、CNPを15mg/mLの濃度でポリマー溶液と直接混合した。同一の混合プロセスを繰り返し、一晩超音波処理し、断続的に3回ボルテックスした。溶液を調製してから、シリンジ濾過もさらなる基板もなしに、10cm2のシリコーン型内で、シリコン型表面上で直接、キャスティング成形を完結させた。レベリングデバイスを用いて型の均一性を確認した。複合体溶液2mLを使用した。硬化の第1の段階は70℃で開始し、90℃に昇温して、同一の流速及び真空設定値で1時間放置した。1時間後、110℃に昇温して2時間放置した。膜の平均厚さは60μmであり、乾燥固体ポリマー中のCNP濃度は21重量%であった。電気抵抗率測定は膜の両側に対し50mAで20Ω/□であり、乾燥状態で4点プローブで測定した。
0.81gのポリマー前駆体SPES−IIb(IEC=2.06)を容器内で8mLのN−メチルピロリドン(NMP)に添加し、容器を高速混合装置(FlackTek SpeedMixerTM DAC 150 FVZ-K, Flacktek, Inc., Landrum, SC)のホルダにセットした。最初に3000rpm、90分で混合し、0.14gのCNPを混合ポリマー溶液に添加した。該混合物を高速混合装置で3000rpm、75分で混合した。混合された溶液をキャスティング成形のための鋳型に流し込んだ。硬化は70℃、180分でおこない、拡張電極層膜を形成した。膜の平均厚は110μmであり、乾燥固体ポリマー中のCNP濃度は15重量%であった。
様々な省略、付加及び改変をおこなうことができ、かかる改変及び変更はすべて、本発明の範囲内に収まることとなる。
Claims (35)
- それぞれが、第1のイオン性ポリマー及び複数の導電性粒子を含む、2つの拡張電極層、並びに、
該2つの拡張電極層の間の、第2のイオン性ポリマーを含む誘電層であって、該第2のイオン性ポリマーが第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体である、誘電層、
を含むイオン性ポリマー複合体デバイス。 - 前記第1のイオン性ポリマーが、第1のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体である、請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記第1のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー及び前記第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマーが、以下の式:
からなるグループから独立に選択される、請求項2に記載のイオン性ポリマー複合体デバ
イス。 - 前記第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体が、約0.9meq/g〜約3.3meq/gのイオン交換容量(IEC)を有する、請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記第1のイオン性ポリマーが、前記第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体のIECよりも低いIECを有する、請求項3に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記第1のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体が、少なくとも約1.4meq/gのIECを有する、請求項2に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記第1のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体が、少なくとも約2meq/gのIECを有する、請求項2に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体が、少なくとも約1.4meq/gのIECを有する、請求項7に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 少なくとも1つのイオン性ポリマーが、約100,000を上回る重量平均分子量を有する、請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記複数の導電性粒子が、前記2つの拡張電極層のそれぞれで濃度勾配を形成する、請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記濃度勾配の濃度が、前記拡張電極層の外表面に向かって増大している、請求項10に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記複数の導電性粒子が、銀ナノ粒子、他の金属ナノ粒子及び炭素ナノ粒子から成るグループから選択される、請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記複数の導電性粒子が、炭素ナノ粒子である、請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- さらに2つの表面電極を含み、表面電極のそれぞれが前記拡張電極層の外表面上に堆積する、請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記2つの表面電極のそれぞれが、前記拡張電極層の外表面の少なくとも一部を被覆する導電性金属薄膜を含む、請求項14に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記導電性金属薄膜が、連続する薄膜、多孔性薄膜、メッシュ薄膜又は複数のワイヤである、請求項15に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記導電性金属薄膜が、スパッタコーティングされた金薄膜である、請求項15に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記スパッタコーティングされた金薄膜が、熱及び圧力で処理される、請求項17に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- センサ又はアクチュエータとして構成される、請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- それぞれが、高膨潤比の第1のイオン性ポリマーを含む複数のドメイン、及び実質的に連続する三次元ネットワーク構造を有するポリマーを含むマトリクス相を含み、該複数のドメインが該マトリクス相に埋め込まれている、2つの拡張電極層、並びに、
該2つの拡張電極層の間の、第2のイオン性ポリマーを含む誘電層であって、該第2のイオン性ポリマーが第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体である、誘電層、
を含むイオン性ポリマー複合体デバイス。 - 前記マトリクス相が非イオン性ポリマーを含む、請求項20に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 前記第1のイオン性ポリマーが、以下の式:
からなるグループから選択される、請求項20に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。 - 前記第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマーが、式I、式II、及び式IIIからなるグループから選択される、請求項22に記載のイオン性ポリマー複合体デバイス。
- 請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイスを製造する方法であって、
第1のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体を含む第1のイオン性ポリマー溶液中に分散した前記複数の導電性粒子を含む、少なくとも1つの混合物を準備すること、
前記少なくとも1つの混合物を硬化させることにより、前記複数の導電性粒子がそれぞれの中に分布する前記2つのイオン性ポリマー層を形成すること、及び、
第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体を含む誘電層を前記2つのイオン性ポリマー層の間に位置させ、前記イオン性ポリマー複合体デバイスを形成すること、
を含む方法。 - 前記少なくとも1つの混合物が高速混合装置を用いて調製される、請求項24に記載の方法。
- 前記高速混合装置が約10Gを上回る力を提供する、請求項25に記載の方法。
- 前記2つのイオン性ポリマー層それぞれの中の前記複数の導電性粒子が、前記イオン性ポリマー層の第1の表面に隣接する側が高濃度となるよう濃度勾配を形成し、且つ各イオン性ポリマー層の該第1の表面が前記イオン性ポリマー複合体の外表面となる、請求項24に記載の方法。
- 請求項24に記載の方法であって、
前記誘電層が、前記第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー溶液を準備すること、及び、
前記第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー溶液を硬化させることにより前記誘電層を形成すること、
により調製される方法。 - 請求項24に記載の方法であって、
前記少なくとも1つの混合物を準備することが、第1の混合物及び第2の混合物を準備することを含み、該第1の混合物がイオン性ポリマー溶液中に分散した第1の濃度の導電性粒子を含み、且つ該第2の混合物がイオン性ポリマー溶液中に分散した第2の濃度の導電性粒子を含み、且つ
各拡張電極層が、前記第1の混合物を硬化させて第1のイオン性ポリマー薄膜を形成し、且つ前記第2の混合物を硬化させて第2のイオン性ポリマー薄膜を形成することにより形成される方法。 - 金属薄膜を前記2つのイオン性ポリマー層の各外表面上に配置することをさらに含む、請求項24に記載の方法。
- 前記金属薄膜が、前記2つのイオン性ポリマー層の各外表面上にスパッタコーティングされる、請求項30に記載の方法。
- 前記金属薄膜に熱及び圧力を供することをさらに含む、請求項31に記載の方法。
- 前記第1の、及び前記第2のスルホン化ポリエーテルスルホンポリマー又はその誘導体が、以下の式:
からなるグループから独立に選択される、請求項24に記載の方法。 - 請求項1に記載のイオン性ポリマー複合体デバイスを製造する方法であって、
溶媒中に溶解した前記イオン性ポリマー、マトリクス相ポリマー、及び複数の導電性粒子を含む液体混合物を準備すること、
前記液体混合物を基板上にコーティングして乾燥することにより、2つの拡張電極層を形成すること、
スルホン化ポリエーテルスルホンポリマーを含む誘電層を準備すること、並びに
2つの拡張電極層間に前記誘電層を組み合わせて、前記イオン性ポリマー複合体デバイスを形成すること、
を含む方法。 - 前記イオン性ポリマーが、以下の式:
からなるグループから選択される、請求項34に記載の方法。
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