JP2013106491A - Polymer actuator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve durability of a polymer actuator.SOLUTION: A polymer actuator 1 comprises: an electrolyte layer 20; and electrode layers 11 and 12 disposed adjacent to the electrolyte layer 20. In the inside of the electrode layers 11 and 12, the polymer actuator 1 comprises gap parts in which at least one of the gap parts exists at a boundary surface with the electrolyte layer 20.

Description

本発明は、高分子アクチュエータに関する。   The present invention relates to a polymer actuator.

導電性高分子を用いた高分子アクチュエータは、一般に、複数の電極層と、それらの間に介在する電解質層とから構成される(例えば、特許文献1)。高分子アクチュエータは、駆動電圧が低いこと、エネルギー密度が高いこと等の利点を有しており、人工筋肉等への応用を期待して検討が進められているところである。
特開2006−50780号公報
A polymer actuator using a conductive polymer is generally composed of a plurality of electrode layers and an electrolyte layer interposed therebetween (for example, Patent Document 1). Polymer actuators have advantages such as low drive voltage and high energy density, and are being studied with the expectation of application to artificial muscles and the like.
JP 2006-50780 A

中でも、導電性高分子を含む電極層と、イオン伝導性を持つ電解質層からなる高分子アクチュエータは、相対する電極層間で通電することによってイオンが電解質層を通って電極層間を移動し、イオンが入り込む側の電極層は膨張、イオンが抜ける側の電極層は収縮を生じ、屈曲動作を生じる。この時、電極層と電解質層の界面では、電極層と電解質層の膨張収縮差によって応力が生じ、アクチュエータの繰り返し動作を行った際に電極層と電解質層の界面で剥離を生じてしまい、高分子アクチュエータの耐久性が低下する原因となっている。   In particular, a polymer actuator composed of an electrode layer containing a conductive polymer and an electrolyte layer having ionic conductivity causes ions to move between the electrode layers through energization between the opposing electrode layers, so that the ions The electrode layer on the entering side expands and the electrode layer on the ion escape side contracts, causing a bending action. At this time, stress is generated at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer due to a difference in expansion and contraction between the electrode layer and the electrolyte layer, and peeling occurs at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer when the actuator is repeatedly operated. This is a cause of lowering the durability of the molecular actuator.

そこで、本発明は、高分子アクチュエータにおいて、繰り返し動作させたときの耐久性の改善を図ることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the durability of a polymer actuator when it is repeatedly operated.

上記目的を達成するため、本発明の高分子アクチュエータでは、電解質層と、該電解質層に隣接して設けられた電極層と、を備え、前記電極層内の前記電解質層との界面に空隙部を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the polymer actuator of the present invention comprises an electrolyte layer and an electrode layer provided adjacent to the electrolyte layer, and a void portion at the interface with the electrolyte layer in the electrode layer. It is characterized by having.

この電解質層と接している電極層内の空隙部は、高分子アクチュエータ駆動時の電極層と電解質層の膨張収縮差による応力を緩和するという作用がある。さらに、空隙部が電解質層との界面に有することにより、電解質層と電極層の剥離が抑制され、アクチュエータとしての繰り返し動作させたときの耐久性の改善という効果が得られる。   The void in the electrode layer in contact with the electrolyte layer has an action of relaxing stress due to a difference in expansion and contraction between the electrode layer and the electrolyte layer when the polymer actuator is driven. Furthermore, since the void portion has at the interface with the electrolyte layer, peeling of the electrolyte layer and the electrode layer is suppressed, and an effect of improving durability when the actuator is repeatedly operated is obtained.

望ましい態様としては、前記電極層における前記空隙部の占める体積割合が、隣接して設けられた前記電解質層に向かって増加する。これには、電極層の電解質層と隣接している面に空隙部が多いことにより電極層と電解質層の界面の応力を緩和する効果が大きく、電極層の電解質層と離れている箇所は空隙部が少なく電極層が多いため導電率が高く、アクチュエータとしての変位量を大きく得ることができる。   As a desirable mode, the volume ratio which the space part accounts in the electrode layer increases toward the electrolyte layer provided adjacent. This has a large effect of relaxing the stress at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer due to the large number of voids on the surface of the electrode layer adjacent to the electrolyte layer. Since there are few parts and there are many electrode layers, electrical conductivity is high, and the displacement amount as an actuator can be obtained largely.

また、前記空隙部の前記電極層での体積割合が、4体積%から50体積%である。体積割合が、4体積%から50体積%であると、電極層内の導電率の点で、より大きな変位量が得られ、アクチュエータとして好ましい。   Moreover, the volume ratio in the said electrode layer of the said space | gap part is 4 volume% to 50 volume%. When the volume ratio is 4% by volume to 50% by volume, a larger displacement can be obtained in terms of conductivity in the electrode layer, which is preferable as an actuator.

本発明によれば、高分子アクチュエータの駆動時の電極層と電解質層の膨張収縮差により発生する応力を軽減することにより電極層と電解質層の剥離が改善され、高分子アクチュエータの繰り返し動作させたときの耐久性が向上する。   According to the present invention, the peeling between the electrode layer and the electrolyte layer is improved by reducing the stress generated by the expansion and contraction difference between the electrode layer and the electrolyte layer when the polymer actuator is driven, and the polymer actuator is operated repeatedly. When durability is improved.

図1は、高分子アクチュエータの一実施形態を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a polymer actuator. 図2は、電極層内の空隙部の一実施形態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a gap in the electrode layer.

1・・・高分子アクチュエータ、11、12・・・電極層、20・・・電解質層、30・・・空隙部、41、42・・・接続端子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polymer actuator, 11, 12 ... Electrode layer, 20 ... Electrolyte layer, 30 ... Gap part, 41, 42 ... Connection terminal

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、高分子アクチュエータの一実施形態を示す断面図である。図1に示す高分子アクチュエータ1は、対向する1対の電極層11、12と、1対の電極層11、12の間に挟持された電解質層20とから構成される。電極層11、12の内部には、空隙部30を有する。電極層11、12の外側に接続端子41及び42がそれぞれ取り付けられており、これらは可変電圧電源を含む回路に接続されている。高分子アクチュエータ1においては、通電により例えば接続端子41より42の方に高電位を与えると矢印Aの方向に変位を生じる。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a polymer actuator. A polymer actuator 1 shown in FIG. 1 is composed of a pair of opposed electrode layers 11, 12 and an electrolyte layer 20 sandwiched between the pair of electrode layers 11, 12. Inside the electrode layers 11 and 12, a gap 30 is provided. Connection terminals 41 and 42 are respectively attached to the outer sides of the electrode layers 11 and 12, and these are connected to a circuit including a variable voltage power source. In the polymer actuator 1, for example, when a high potential is applied to the connection terminal 41 from the connection terminal 41 by energization, displacement occurs in the direction of the arrow A.

電極層11、12は、導電性高分子を含有する。導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン等が挙げられる。中でも、製造が容易であること、導電性高分子として周囲環境に対して導電性が安定していることから、ポリピロールが好ましい。また、導電性高分子はドーパントによってドーピングされていることが好ましい。   The electrode layers 11 and 12 contain a conductive polymer. Examples of the conductive polymer include polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacetylene, and the like. Among them, polypyrrole is preferable because it is easy to manufacture and has a stable conductivity with respect to the surrounding environment as a conductive polymer. The conductive polymer is preferably doped with a dopant.

図2は、電極層11、12に含有される空隙部30の実施形態を示す断面図である。空隙部30の少なくともひとつは電極層11、12と電解質層20との界面に有する。相対する電極層と電解質層を積層することによって形成される高分子アクチュエータを駆動させる場合、相対する電極層の片側が膨張、片側が収縮を行うことによって、屈曲動作を行う。この時、電極層と電解質層の界面で応力が発生し、剥離が生じる原因となる。電極層と電解質層の界面に空隙部が存在することにより、電極層と電解質層の界面で生じる応力を緩和することが可能となる。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the gap portion 30 contained in the electrode layers 11 and 12. At least one of the gaps 30 is provided at the interface between the electrode layers 11 and 12 and the electrolyte layer 20. When driving a polymer actuator formed by laminating an opposing electrode layer and an electrolyte layer, a bending operation is performed by one side of the opposing electrode layer expanding and one side contracting. At this time, stress is generated at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer, which causes peeling. The presence of the void at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer makes it possible to relieve the stress generated at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer.

電極層11、12の電解質層20との界面に設けられた空隙部30は、隣接して設けられた電解質層20が空隙部内に露出する開口部を有している。空隙部30の形状は、電極層の厚み方向よりも、隣接して設けられた電解質層に沿った方向に長いことが、電極層を厚く形成できるためアクチュエータ自身を動かすための発生応力が大きいという点でより好ましい。   The gap portion 30 provided at the interface between the electrode layers 11 and 12 and the electrolyte layer 20 has an opening where the adjacent electrolyte layer 20 is exposed in the gap portion. The gap 30 has a shape that is longer in the direction along the adjacent electrolyte layer than in the thickness direction of the electrode layer, so that the electrode layer can be formed thick, so that the generated stress for moving the actuator itself is large. More preferable in terms.

電極層11、12に占める空隙部の割合が4体積%から50体積%であることがより好ましい。4体積%未満では応力緩和の効果が小さく、50体積%以上であると電極層内の導電率が低下し、大きな変位量が得られにくい傾向にある。さらに、20体積%以上40体積%以下であると、変位量が大きく且つ発生力が大きいという点でより好ましい。   It is more preferable that the ratio of the voids in the electrode layers 11 and 12 is 4% by volume to 50% by volume. If it is less than 4% by volume, the stress relaxation effect is small, and if it is 50% by volume or more, the electrical conductivity in the electrode layer is lowered, and a large amount of displacement tends not to be obtained. Furthermore, it is more preferable that it is 20 volume% or more and 40 volume% or less in the point that a displacement amount is large and generated force is large.

電極層における前記空隙部の占める体積割合は、隣接して設けられた電解質層に向かって増加することが好ましい。このことにより、電解質層との界面は空隙部が多くなり、より応力緩和の効果が大きく、電極層の電解質層から離れた箇所は空隙部が少ないことによって導電率を維持し、変位量を大きく保つことができる。   It is preferable that the volume ratio which the said space part accounts in an electrode layer increases toward the electrolyte layer provided adjacently. As a result, the gap between the electrolyte layer and the electrolyte layer is increased, and the stress relaxation effect is greater. Can keep.

ここで空隙部とは、電極層の中で、本例でいえば導電性高分子が存在していない部分であって、気体や、電解液などの液体が含まれていてもよい。   Here, the void portion is a portion where no conductive polymer exists in the electrode layer in this example, and may contain a gas or a liquid such as an electrolytic solution.

また、空隙率とは、電極層の中の空隙部が占める体積の割合であって、以下の方法で測定される。(1)本実施形態の高分子アクチュエータを割断し、電極層の断面が露出したサンプルを切り出し、電極層を走査型電子顕微鏡で撮像する(2)撮像した電極層の画像について二値化処理を行い、電極層に対する空隙部分の面積の割合を計算する(3)高分子アクチュエータ1サンプルあたり、任意の5箇所について上記測定を行い、5箇所の平均値を空隙率の値として算出する。   Moreover, the porosity is a ratio of the volume which the space | gap part in an electrode layer occupies, and is measured with the following method. (1) The polymer actuator of this embodiment is cleaved, a sample with the cross section of the electrode layer exposed is cut out, and the electrode layer is imaged with a scanning electron microscope. (2) Binarization processing is performed on the imaged electrode layer image. Then, the ratio of the area of the void portion with respect to the electrode layer is calculated. (3) The above measurement is performed at any five locations per sample of the polymer actuator, and the average value of the five locations is calculated as the value of the porosity.

前記電極層11、12における前記空隙部30は、電解質層に隣接していない面で空隙部の開口が無いことがより好ましい。空隙部の開口部には、電解質層が露出していることにより、電極層と電解質層の界面の応力を緩和する効果が大きい。また、電解質層に隣接していない面に空隙部の開口がある場合、高分子アクチュエータ表面の電極層が不連続となり、外部から異物が混入する点で好ましくない。   More preferably, the gap 30 in the electrode layers 11 and 12 has no opening in the gap on the surface not adjacent to the electrolyte layer. Since the electrolyte layer is exposed at the opening of the gap, the effect of relaxing the stress at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer is great. In addition, when there is an opening in the gap on the surface not adjacent to the electrolyte layer, the electrode layer on the surface of the polymer actuator becomes discontinuous, which is not preferable in that foreign matter is mixed in from the outside.

電極層11、12の好ましい膜厚は、1〜50μm、より好ましい膜厚は、10〜30μmである。薄いと剛性が低く、発生応力が小さくなる傾向にあり、厚いと電極層自体が変位の妨げとなり変位量が大きく得られないという点で好ましくない。   A preferable film thickness of the electrode layers 11 and 12 is 1 to 50 μm, and a more preferable film thickness is 10 to 30 μm. If it is thin, the rigidity tends to be low and the generated stress tends to be small, and if it is thick, the electrode layer itself hinders displacement, which is not preferable because a large amount of displacement cannot be obtained.

電解質層20は、イオン伝導性を有し、可撓性を持つ層であれば特に限定されない。例えば、イオン性物質を含有させた高分子固体電解質、ゲル状電解質、または、電解液やイオン液体を含有した多孔質膜などが挙げられるが、アクチュエータとしてより大きな変位量が得られる点から、電解液やイオン液体を含有した多孔質膜が好ましい。   The electrolyte layer 20 is not particularly limited as long as it has ion conductivity and flexibility. Examples include solid polymer electrolytes containing ionic substances, gel electrolytes, or porous membranes containing electrolytes or ionic liquids. A porous membrane containing a liquid or an ionic liquid is preferred.

上記多孔質膜は、電解液またはイオン液体を含有可能で可撓性を持つ膜であれば特に限定されないが、具体的には、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステルなどの樹脂多孔質膜、ガラスペーパー、不織布等が挙げられる。アクチュエータとしてより大きな変位量が得られる点から、樹脂多孔質膜が好ましい。   The porous film is not particularly limited as long as it is a flexible film that can contain an electrolytic solution or an ionic liquid. Specifically, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyamide, polyimide Examples thereof include porous resin membranes such as polyester, glass paper, and nonwoven fabric. A resin porous membrane is preferable from the viewpoint of obtaining a larger displacement amount as an actuator.

上記電解液は、電解質としてアニオンが含まれる。アニオンは、ドーパントイオンとして、ビストリフルオロメタンスルホニルイミドイオン、4フッ化ホウ酸イオン、6フッ化リン酸イオン等を用いることができる。また、上記アニオンは、Li+、Na+、K+等のカチオンと対イオンを形成した電解質塩を用いても良い。アクチュエータとしてより大きな変位量が得られる点から、ドーパントイオンはビストリフルオロメタンスルホニルイミドイオンが好ましい。   The electrolytic solution contains an anion as an electrolyte. As the anion, bistrifluoromethanesulfonylimide ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, or the like can be used as a dopant ion. The anion may be an electrolyte salt that forms a counter ion with a cation such as Li +, Na +, or K +. The dopant ion is preferably a bistrifluoromethanesulfonylimide ion from the viewpoint of obtaining a larger displacement as an actuator.

上記電解液に含まれる溶媒は、上記電解質を溶解可能な溶媒であれば特に限定はされない。溶媒の例として、水、アセトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ガンマブチロラクトンなどが挙げられ、これらの溶媒を単独で、或いは混合溶媒として使用できる。   The solvent contained in the electrolytic solution is not particularly limited as long as the solvent can dissolve the electrolyte. Examples of the solvent include water, acetone, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, ethylene carbonate, gamma butyrolactone, and the like. These solvents can be used alone or as a mixed solvent.

上記多孔質膜に含まれるイオン性液体としては、イミダゾリウム塩、ピリジウム塩及び4級アンモニウム塩等が挙げられる。   Examples of the ionic liquid contained in the porous membrane include imidazolium salts, pyridium salts, and quaternary ammonium salts.

上記イオン性液体は単体で使用しても良いし、イオン性液体と上記溶媒を混合して使用しても良い。   The ionic liquid may be used alone or as a mixture of the ionic liquid and the solvent.

電解質層20は、多孔質膜に導電性を付与することを目的として、電極層との界面にあたる面に、0.1μm程度の厚さの金属薄膜を含んでも良い。   The electrolyte layer 20 may include a metal thin film having a thickness of about 0.1 μm on the surface corresponding to the interface with the electrode layer for the purpose of imparting conductivity to the porous film.

本実施形態の高分子アクチュエータの製造方法の1例としては、多孔質膜の両面にスパッタで金属薄膜を形成し電解質層20とし、これを作用極として導電性高分子の電解重合を行い、電極層11、12を形成する。この時、電極層11、12内に空隙部を形成する。その後、電解質層に電解液或いはイオン液体を含浸させる事により高分子アクチュエータが製造される。   As an example of the method for producing the polymer actuator of the present embodiment, a metal thin film is formed on both surfaces of a porous film by sputtering to form an electrolyte layer 20, and this is used as a working electrode to conduct electropolymerization of a conductive polymer to form an electrode Layers 11 and 12 are formed. At this time, voids are formed in the electrode layers 11 and 12. Thereafter, the polymer actuator is manufactured by impregnating the electrolyte layer with an electrolytic solution or an ionic liquid.

上記金属薄膜は、金、白金、ニッケルなどの金属を、スパッタ、蒸着等の方法で形成することができる。   The metal thin film can be formed of a metal such as gold, platinum, or nickel by a method such as sputtering or vapor deposition.

導電性高分子の電解重合は、公知の電解重合方法を用いることが可能であるため、公知の電解液を用いることができる。電解重合は、電流密度0.01〜20mA/cm2、反応温度−70〜80℃の範囲で行うことができる。   A known electrolytic solution can be used for the electrolytic polymerization of the conductive polymer because a known electrolytic polymerization method can be used. Electropolymerization can be carried out at a current density of 0.01 to 20 mA / cm 2 and a reaction temperature of −70 to 80 ° C.

上記重合用電解液は、導電性高分子単量体と、導電性高分子に含有するドーパントイオンと、溶媒からなる。導電性高分子単量体としては、製造が容易であり、導電性高分子として安定しているピロールが好ましい。ドーパントイオンとしては、ビストリフルオロメタンスルホニルイミドイオン、4フッ化ホウ酸イオン、6フッ化リン酸イオン等が挙げられるが、アクチュエータとして大きな変位量が得られるビストリフルオロメタンスルホニルイミドイオンが好ましい。これらのドーパントイオンは、カチオンと塩を形成していても良い。溶媒としては、上記導電性高分子単量体、及びドーパントイオンを溶解、或いは相溶する溶媒であれば良い。例として、テトラヒドロフラン、ガンマブチロラクトン、酢酸エチル、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチレングリコール、アセトニトリルなどの溶媒が挙げられ、これらの溶媒は、単体、或いは混合溶媒として使用しても良い。   The said electrolyte solution for superposition | polymerization consists of a conductive polymer monomer, the dopant ion contained in a conductive polymer, and a solvent. As the conductive polymer monomer, pyrrole that is easy to produce and is stable as the conductive polymer is preferable. Examples of the dopant ion include bistrifluoromethanesulfonylimide ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, and the like, but bistrifluoromethanesulfonylimide ion capable of obtaining a large displacement as an actuator is preferable. These dopant ions may form a salt with a cation. As a solvent, what is necessary is just a solvent which melt | dissolves or is compatible with the said conductive polymer monomer and dopant ion. Examples include solvents such as tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, ethyl acetate, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylene glycol, and acetonitrile, and these solvents may be used alone or as a mixed solvent.

また、上記重合電解液には、可塑剤、架橋剤など公知の添加剤を含有することもできる。   The polymerization electrolyte may contain known additives such as a plasticizer and a crosslinking agent.

電極層11、12内部の空隙部30は、電解重合時に電解質層中に気体を含有させることにより、形成することができる。具体的には、電解質層を0.2〜0.5MPaに加圧した窒素或いはアルゴンなどの不活性ガス槽に投入し、電解質層内に不活性ガスを充填する。その後、不活性ガスを充填した電解質層を重合電解液に浸漬し、電解重合を行う事により、電極層内に電解質層内から不活性ガスが流入し、電極層と電解質層の界面で空隙部が形成することができる。空隙部の量は、不活性ガスを充填した電解質層を重合電解液中に浸漬した際に、減圧し脱泡処理つまり多孔質膜中に含まれる不活性ガス量を減らすことによって制御が可能である。   The void portion 30 inside the electrode layers 11 and 12 can be formed by containing a gas in the electrolyte layer during electrolytic polymerization. Specifically, the electrolyte layer is put into an inert gas tank such as nitrogen or argon pressurized to 0.2 to 0.5 MPa, and the electrolyte layer is filled with an inert gas. Thereafter, the electrolyte layer filled with the inert gas is immersed in the polymer electrolyte and subjected to electrolytic polymerization, so that the inert gas flows into the electrode layer from the inside of the electrolyte layer, and a gap is formed at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer. Can be formed. The amount of voids can be controlled by depressurizing and reducing the amount of inert gas contained in the porous membrane when the electrolyte layer filled with inert gas is immersed in the polymerization electrolyte. is there.

或いは、電解質層を重合電解液に浸漬後、電解質層表面に窒素或いはアルゴンなどの不活性ガスをバブリングする事により電解質層内に不活性ガスを充填した後、電解重合を行うことにより、電極層内に空隙部を形成することもできる。   Alternatively, after the electrolyte layer is immersed in the polymer electrolyte, the electrode layer is filled with an inert gas by bubbling an inert gas such as nitrogen or argon on the surface of the electrolyte layer, and then subjected to electrolytic polymerization. A void can also be formed inside.

また、電解質層表面に除去可能なフィラー、例えばガラスフィラー等を散布し、電極層をフィラーが埋没しない程度の厚さまで形成した後、フィラーを除去し、その表面に電極層を形成する。このことで電解質層に向かって開口部の体積が増える構造を調整することも出来る。   Further, a filler that can be removed, for example, a glass filler, is sprayed on the surface of the electrolyte layer, and after the electrode layer is formed to a thickness that does not bury the filler, the filler is removed, and an electrode layer is formed on the surface. This can also adjust the structure in which the volume of the opening increases toward the electrolyte layer.

本発明は、以上説明した実施形態に固定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。例えば、高分子アクチュエータにおいて電極層が1層のみ設けられていても良いし、電極層と電解質層とが交互に複数積層されていても良い。また、高分子アクチュエータの形状は平板状に限られず、用途等に応じて適宜変更され得る。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention. For example, in the polymer actuator, only one electrode layer may be provided, or a plurality of electrode layers and electrolyte layers may be alternately stacked. In addition, the shape of the polymer actuator is not limited to a flat plate shape, and can be appropriately changed according to the application.

以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

<素子作成>
実施例1
多孔質ポリフッ化ビニリデン膜(ミリポア社製GVWP孔径0.22μm)の両面に0.1μmの金スパッタを施して電解質層を作成した。この電解質層を0.2MPaに加圧した窒素中に1時間放置することにより電解質層に窒素を充填した。次にこの電解質層を電解重合用電解液に浸漬し、電解液中で30分間減圧脱泡を行って電解質層中の窒素量を調整後、電解重合法で4時間ポリピロールを重合し電極層とし、電極層の空隙率が4体積%で電解質層との界面に空隙部が存在し、電解質層に向かって空隙部が増加する高分子アクチュエータを作成した。
<Element creation>
Example 1
An electrolyte layer was prepared by performing 0.1 μm gold sputtering on both surfaces of a porous polyvinylidene fluoride film (GVWP pore diameter 0.22 μm manufactured by Millipore). This electrolyte layer was left in nitrogen pressurized to 0.2 MPa for 1 hour to fill the electrolyte layer with nitrogen. Next, this electrolyte layer is immersed in an electrolytic solution for electrolytic polymerization, degassed under reduced pressure for 30 minutes in the electrolytic solution to adjust the amount of nitrogen in the electrolyte layer, and then polypyrrole is polymerized for 4 hours by electrolytic polymerization to form an electrode layer. A polymer actuator was prepared in which the porosity of the electrode layer was 4% by volume, the void portion was present at the interface with the electrolyte layer, and the void portion increased toward the electrolyte layer.

実施例2
電解液中での減圧脱泡を20分間とした以外は実施例1と同様の方法により、電極層の空隙率が12体積%で、電解質層との界面に空隙部が存在し、電解質層に向かって空隙部が増加する高分子アクチュエータを作成した。
Example 2
Except that the vacuum degassing in the electrolytic solution was performed for 20 minutes, the porosity of the electrode layer was 12% by volume in the same manner as in Example 1, and there was a void at the interface with the electrolyte layer. A polymer actuator with increasing voids was created.

実施例3
多孔質ポリフッ化ビニリデン膜の孔径を0.45μm(ミリポア社製HVLP)とした以外は、実施例2と同様の方法により、電極層の空隙率が25体積%で、電解質層との界面に空隙部が存在し、電解質層に向かって空隙部が増加する高分子アクチュエータを作成した。
Example 3
Except that the pore diameter of the porous polyvinylidene fluoride film was changed to 0.45 μm (HVLP manufactured by Millipore), the porosity of the electrode layer was 25% by volume, and the void at the interface with the electrolyte layer was the same as in Example 2. There was created a polymer actuator in which a void portion increased toward the electrolyte layer.

実施例4
電解液中での減圧脱泡を10分間とした以外は、実施例3と同様の方法により、電極層の空隙率が38体積%で、電解質層との界面に空隙部が存在し、電解質層に向かって空隙部が増加する高分子アクチュエータを作成した。
Example 4
Except for reducing the degassing in the electrolytic solution for 10 minutes, the porosity of the electrode layer was 38% by volume and a void portion was present at the interface with the electrolyte layer by the same method as in Example 3. A polymer actuator was created in which the gap increased toward.

実施例5
多孔質ポリフッ化ビニリデン膜の孔径を0.65μm(ミリポア社製DVPP)とした以外は、実施例4と同様の方法により、電極層の空隙率が50体積%で、電解質層との界面に空隙部が存在し、電解質層に向かって空隙部が増加する高分子アクチュエータを作成した。
Example 5
Except that the pore diameter of the porous polyvinylidene fluoride membrane was 0.65 μm (DVPP manufactured by Millipore), the porosity of the electrode layer was 50% by volume and the void at the interface with the electrolyte layer was the same as in Example 4. There was created a polymer actuator in which a void portion increased toward the electrolyte layer.

実施例6
電解液中での減圧脱泡を40分間とした以外は、実施例3と同様の方法により、電極層の空隙率が3体積%で、電解質層との界面に空隙部が存在し、電解質層に向かって空隙部が増加する高分子アクチュエータを作成した。
Example 6
Except for 40 minutes of degassing under reduced pressure in the electrolytic solution, the porosity of the electrode layer was 3% by volume and a void portion was present at the interface with the electrolyte layer by the same method as in Example 3. A polymer actuator was created in which the gap increased toward.

実施例7
電解液中での減圧脱泡を5分間とした以外は、実施例3と同様の方法により、電極層の空隙率が53体積%で、電解質層との界面に空隙部が存在し、電解質層に向かって空隙部が増加する高分子アクチュエータを作成した。
Example 7
Except for reducing the vacuum degassing in the electrolytic solution for 5 minutes, the porosity of the electrode layer was 53% by volume and a void portion was present at the interface with the electrolyte layer by the same method as in Example 3. A polymer actuator was created in which the gap increased toward.

実施例8
多孔質ポリフッ化ビニリデン膜(ミリポア社製 HVLP孔径0.45μm)の両面に0.1μmの金スパッタを施して電解質層を作成した。この電解質層を0.2MPaに加圧した窒素中に1時間放置することにより電解質層に窒素を充填した。次にこの電解質層を電解重合用電解液に浸漬し、電解液中で20分間減圧脱泡を行って電解質層中の窒素量を調整後、電解重合法で2時間ポリピロールを重合した後、電解液中で窒素を1分間バブリングした。更に電解重合法でポリピロールを2時間重合し、電極層とし、電極層の空隙率が32体積%で、電解質層との界面に空隙部が存在し、電解質層に向かって空隙部が減少する高分子アクチュエータを作成した。
Example 8
An electrolyte layer was prepared by performing 0.1 μm gold sputtering on both surfaces of a porous polyvinylidene fluoride membrane (HVLP pore diameter 0.45 μm manufactured by Millipore). This electrolyte layer was left in nitrogen pressurized to 0.2 MPa for 1 hour to fill the electrolyte layer with nitrogen. Next, after immersing this electrolyte layer in an electrolytic solution for electrolytic polymerization, performing degassing under reduced pressure for 20 minutes in the electrolytic solution to adjust the amount of nitrogen in the electrolytic layer, polymerizing polypyrrole for 2 hours by electrolytic polymerization, Nitrogen was bubbled through the solution for 1 minute. Furthermore, polypyrrole is polymerized for 2 hours by an electrolytic polymerization method to form an electrode layer. The porosity of the electrode layer is 32% by volume, there is a void at the interface with the electrolyte layer, and the void decreases toward the electrolyte layer. A molecular actuator was created.

比較例1
多孔質ポリフッ化ビニリデン膜(ミリポア社製GVWP孔径0.22μm)の両面に0.1μmの金スパッタを施して電解質層を作成した。この電解質層を電解重合用電解液に浸漬し、電解液中で40分間減圧脱泡を行った後、電解重合法で4時間ポリピロールを重合し、電極層とし、電極層の空隙率が0体積%の高分子アクチュエータを作成した。
Comparative Example 1
An electrolyte layer was prepared by performing 0.1 μm gold sputtering on both surfaces of a porous polyvinylidene fluoride film (GVWP pore diameter 0.22 μm manufactured by Millipore). This electrolyte layer is immersed in an electrolytic solution for electrolytic polymerization, and after degassing under reduced pressure for 40 minutes in the electrolytic solution, polypyrrole is polymerized for 4 hours by an electrolytic polymerization method to form an electrode layer, and the porosity of the electrode layer is 0 volume. % Polymer actuators were made.

比較例2
多孔質ポリフッ化ビニリデン膜(ミリポア社製GVWP孔径0.22μm)の両面に0.1μmの金スパッタを施して電解質層を作成した。この電解質層を電解重合用電解液に浸漬し、電解液中で40分間減圧脱泡後、電解重合法で1時間ポリピロールを重合した後、電解液中で窒素を3分間バブリングした。更に電解重合法でポリピロールを3時間重合し、電極層とし、電極層の空隙率が35体積%で空隙部の開口部が電解質層に無い高分子アクチュエータを作成した。
Comparative Example 2
An electrolyte layer was prepared by performing 0.1 μm gold sputtering on both surfaces of a porous polyvinylidene fluoride film (GVWP pore diameter 0.22 μm manufactured by Millipore). This electrolyte layer was immersed in an electrolytic solution for electrolytic polymerization, degassed under reduced pressure for 40 minutes in the electrolytic solution, and then polypyrrole was polymerized by an electrolytic polymerization method for 1 hour, and then nitrogen was bubbled in the electrolytic solution for 3 minutes. Furthermore, polypyrrole was polymerized for 3 hours by an electrolytic polymerization method to form an electrode layer, and a polymer actuator was prepared in which the porosity of the electrode layer was 35% by volume and the opening of the void was not in the electrolyte layer.

<変位量の測定>
高分子アクチュエータ素子を長さ12mm、幅2mmの短冊状とし、イオン性液体1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホニルイミドを含浸させ、一方の端部から2mmの位置に接続端子を配し、電圧±1V、周波数1Hzのサイン波で電圧を印加し、高分子アクチュエータを駆動させ、高分子アクチュエータの先端の振れ幅を初期変位量として測定した。初期変位量2mm以上を高いアクチュエータ変位量が得られたとして◎、1mm以上2mm未満を十分な変位量が得られたとして○、1mm未満を初期変位量が不足だったとして×とした。
<Measurement of displacement>
The polymer actuator element has a strip shape with a length of 12 mm and a width of 2 mm, impregnated with ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide, and a connection terminal is arranged at a position 2 mm from one end. Then, a voltage was applied with a sine wave having a voltage of ± 1 V and a frequency of 1 Hz to drive the polymer actuator, and the deflection width at the tip of the polymer actuator was measured as an initial displacement. Assuming that a high actuator displacement amount was obtained when the initial displacement amount was 2 mm or more, ◎ was assumed that a sufficient displacement amount was obtained when it was 1 mm or more and less than 2 mm, and ○ was assumed that the initial displacement amount was insufficient.

<変位量保持率の測定>
繰り返し動作させたときの耐久性の評価のため、変位量保持率の測定を行った。上記の方法で100時間変位させた後、以下の式で変位量保持率を計算した。
初期変位量 H0(mm)
100時間後変位量 H1(mm)
変位量保持率=H1/H0×100(%)
変位量保持率80%以上を十分な耐久性が得られたとして◎、80%未満を耐久性が十分でないとして×とした。
<Measurement of displacement retention>
In order to evaluate the durability when the operation was repeated, the displacement retention rate was measured. After displacement for 100 hours by the above method, the displacement retention rate was calculated by the following formula.
Initial displacement H0 (mm)
Displacement after 100 hours H1 (mm)
Displacement retention rate = H1 / H0 x 100 (%)
A displacement holding ratio of 80% or more was evaluated as ◎ if sufficient durability was obtained, and less than 80% was evaluated as × because durability was not sufficient.

評価結果を表1に示す。実施例1から8は何れも、断面観察の結果、電極層内の空隙部は電極層と電解質層の界面に有り、電極層と電解質層の界面に空隙部が存在することによって、電極層と電解質層の剥離が抑えられ、100時間後の変位量保持率が80%以上となった。これにより、繰り返し動作させたときの耐久性が得られることが確認された。さらに、実施例1から7は何れも、断面の観察の結果、空隙部の体積が電解質層に向かって増加していた。さらに、実施例1から5では、空隙率が4〜50体積%の範囲内であり、より初期変位量が大きくなった。このときの空隙部の断面では、隣接する電解質層に沿った方向に長い形状であることが観察された。しかしながら、比較例1と2では、断面観察の結果、電極層内の空隙部は電極層と電解質層の界面になく、変位量保持率の測定において電解質層と電極層の剥離が生じた。

Figure 2013106491
The evaluation results are shown in Table 1. In each of Examples 1 to 8, as a result of cross-sectional observation, the void in the electrode layer is at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer, and the void is present at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer. Separation of the electrolyte layer was suppressed, and the displacement retention after 100 hours was 80% or more. Thereby, it was confirmed that durability when repeatedly operated was obtained. Furthermore, in all of Examples 1 to 7, as a result of observation of the cross section, the volume of the void portion increased toward the electrolyte layer. Furthermore, in Examples 1 to 5, the porosity was in the range of 4 to 50% by volume, and the initial displacement was larger. In the cross section of the void at this time, it was observed that the shape was long in the direction along the adjacent electrolyte layer. However, in Comparative Examples 1 and 2, as a result of cross-sectional observation, the void portion in the electrode layer was not at the interface between the electrode layer and the electrolyte layer, and peeling of the electrolyte layer and electrode layer occurred in measuring the displacement amount retention rate.

Figure 2013106491

Claims (3)

電解質層と、該電解質層に隣接して設けられた電極層と、を備え、
前記電極層内の前記電解質層との界面に空隙部を有していることを特徴とする、高分子アクチュエータ。
An electrolyte layer, and an electrode layer provided adjacent to the electrolyte layer,
A polymer actuator having a void at an interface between the electrode layer and the electrolyte layer.
前記空隙部の前記電極層での体積割合が、前記電解質層に向かって増加することを特徴とする請求項1記載の高分子アクチュエータ。   The polymer actuator according to claim 1, wherein a volume ratio of the gap portion in the electrode layer increases toward the electrolyte layer. 前記空隙部の前記電極層での体積割合が、4体積%から50体積%であることを特徴とする請求項1または2記載の高分子アクチュエータ。   3. The polymer actuator according to claim 1, wherein a volume ratio of the gap in the electrode layer is 4% by volume to 50% by volume.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111492492A (en) * 2017-11-30 2020-08-04 京瓷株式会社 Solar cell element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018211981A1 (en) 2017-05-18 2018-11-22 東レ・ダウコーニング株式会社 Fluoroalkyl group-containing curable organopolysiloxane composition, cured product thereof, and transducer or the like provided with cured product
CN111492492A (en) * 2017-11-30 2020-08-04 京瓷株式会社 Solar cell element
WO2020116440A1 (en) 2018-12-07 2020-06-11 ダウ・東レ株式会社 Curable organopolysiloxane composition, cured product thereof, and transducer and the like equipped with said cured product

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