JP2015003967A - 導電性薄膜、積層体、アクチュエータ素子及びその製造法 - Google Patents
導電性薄膜、積層体、アクチュエータ素子及びその製造法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】性能の向上したアクチュエータを提供する。【解決手段】カーボンブラックまたはグラファイト、ポリマーおよびイオン液体から構成される導電性薄膜。【選択図】なし
Description
本発明は、導電性薄膜、積層体、アクチュエータ素子及びその製造法に関する。ここでアクチュエータ素子は、電気化学反応や電気二重層の充放電などの電気化学プロセスを駆動力とするアクチュエータ素子である。
空気中、あるいは真空中で作動可能なアクチュエータ素子として、カーボンナノチューブとイオン液体とのゲルを導電性があり、かつ伸縮性のある活性層として用いるアクチュエータが提案されている(特許文献１)。
特許文献１では特殊で高価、かつ溶媒中での分散が難しいカーボンナノチューブが使用されている。
本発明の目的は、より安価な材料を用い、容易に製造でき、アクチュエータの高速応答性や伸縮率を更に改善することが求められている。
本発明者は、カーボンブラック又はグラファイト、特に表面積が大きいメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイトの配合によりアクチュエータの伸縮率、高速応答性が飛躍的に大きくなることを見出した。
本発明は、以下の導電性薄膜、積層体、アクチュエータ素子、またはその製造法を提供するものである。
本発明によれば、特別で高価なカーボンナノチューブでなく、電池材料分野で汎用品で安価な、カーボンブラックまたはグラファイトを用いても導電性薄膜を得ることができるため、様々なカーボンブラックまたはグラファイトを用いて、効率のよい変形応答のアク
チュエータ素子を提供することができるようになった。そしてアクチュエータの伸縮率、高速応答性が飛躍的に大きくなる素子を得ることができるようになった。
チュエータ素子を提供することができるようになった。そしてアクチュエータの伸縮率、高速応答性が飛躍的に大きくなる素子を得ることができるようになった。
本発明において、アクチュエータ素子の電極層に使用する導電性薄膜には、カーボンブラック又はグラファイト、好ましくはメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト、ポリマーおよびイオン液体が使用される。
本明細書において、メソポーラスカーボンブラックを「MCB」と略記することがある。
カーボンブラックおよびグラファイトは、特に限定されず市販品を使用することができるが、表面積の大きいカーボンブラックおよびグラファイトが好ましく、メソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイトがより好ましく、メソポーラスカーボンブラックが特に好ましい。実用に供されるメソポーラスカーボンブラックの好適な例として、175nm purified mesoporous carbon（アルドリッチ社製）が挙げられるが、勿論、これに限定されるものではない。
本発明の導電性薄膜は、カーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）、ポリマーおよびイオン液体から基本的に構成されるが、活性炭素繊維や添加剤などを導電性などの特性をあまり損なわない範囲で加えることもできる。添加剤としては、油脂、撥水剤、液晶化合物などが挙げられる。
本発明に用いられるイオン液体（ionic liquid）とは、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温（室温）を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩であり、例えば０℃、好ましくは−２０℃、さらに好ましくは−４０℃で溶融状態を呈する塩である。また、本発明で使用するイオン液体はイオン導電性が高いものが好ましい。
本発明に用いられるイオン液体（ionic liquid）とは、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温（室温）を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩であり、例えば０℃、好ましくは−２０℃、さらに好ましくは−４０℃で溶融状態を呈する塩である。また、本発明で使用するイオン液体はイオン導電性が高いものが好ましい。
本発明においては、各種公知のイオン液体を使用することができるが、常温（室温）または常温に近い温度において液体状態を呈する安定なものが好ましい。本発明において用いられる好適なイオン液体としては、下記の一般式（Ｉ）〜（IV）で表わされるカチオン（好ましくは、イミダゾリウムイオン、第４級アンモニウムイオン）と、アニオン（Ｘ−）より成るものが挙げられる。
上記の式（Ｉ）〜（IV）において、Ｒは炭素数１〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基またはエーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基を示し、式（Ｉ）においてＲ１は炭素数１〜４の直鎖又は分枝を有するアルキル基または水素原子を示す。式（Ｉ）において、ＲとＲ１は同一ではないことが好ましい。式（III）および（IV）において、ｘはそれぞれ１〜４の整数である。式（III）および（IV）において、２つのＲ基は一緒になって３〜８員環、好ましくは５員環又は６員環の脂肪族飽和環式基を形成してもよい。
炭素数１〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルなどの基が挙げられる。炭素数は好ましくは１〜８，より好ましくは１〜６である。
炭素数１〜４の直鎖又は分枝を有するアルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチルが挙げられる。
エーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基としては、CH2OCH3、CH2CH2OCH3、CH2OCH2CH3、CH2CH2OCH2CH3、(CH2)p(OCH2CH2)qOR2（ここで、ｐは１〜４の整数、ｑは１〜４の整数、R2はCH3又はC2H5を表す）が挙げられる。
アニオン（Ｘ−）としては、テトラフルオロホウ酸イオン（BF4 -）、BF3CF3 -、BF3C2F5 -、BF3C3F7 -、BF3C4F9 -、ヘキサフルオロリン酸イオン（PF6 -）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン（（CF3SO2)2N-）、ビス（フルオロメタンスルホニル）イミドイオン（（FSO2)2N-）、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドイオン（（CF3CF2SO2)2N-）、過塩素酸イオン(ClO4 -)、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸イオン(CF3SO2)3C-）、トリフルオロメタンスルホン酸イオン（CF3SO3 -）、ジシアンアミドイオン（(CN)2N-）、トリフルオロ酢酸イオン（CF3COO-）、有機カルボン酸イオンおよびハロゲンイオンが例示できる。
アニオン（Ｘ−）としては、テトラフルオロホウ酸イオン（BF4 -）、BF3CF3 -、BF3C2F5 -、BF3C3F7 -、BF3C4F9 -、ヘキサフルオロリン酸イオン（PF6 -）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン（（CF3SO2)2N-）、ビス（フルオロメタンスルホニル）イミドイオン（（FSO2)2N-）、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドイオン（（CF3CF2SO2)2N-）、過塩素酸イオン(ClO4 -)、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸イオン(CF3SO2)3C-）、トリフルオロメタンスルホン酸イオン（CF3SO3 -）、ジシアンアミドイオン（(CN)2N-）、トリフルオロ酢酸イオン（CF3COO-）、有機カルボン酸イオンおよびハロゲンイオンが例示できる。
これらのうち、イオン液体としては、例えば、カチオンが１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、[N(CH3)(CH3)(C2H5)(C2H4OC2H4OCH3)]+、[N(CH3)(C2H5)(C2H5)(C2H4OCH3)]+、アニオンがハロゲンイオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン（（CF3SO2)2N-）のものが、具体的に例示でき、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオンとビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン（（CF3SO2)2N-）からなるイオン液体が特に好ましい。なお、カチオン及び／又はアニオンを２種以上使用し、融点をさらに下げることも可能である。
ただし、これらの組み合わせに限らず、イオン液体であって、導電率が0.1Sm-1以上のものであれば、使用可能である。
本発明のイオン伝導層は、ポリマーと溶媒、必要に応じてさらにイオン液体を含む溶液を調製し、得られた溶液をキャスト法により製膜し、溶媒を蒸発、乾燥させることによって得ることができる。イオン伝導層の形成は、塗布、印刷、押し出し、キャスト、または、射出などにより行うことができる。ここで、前記溶媒は親水性溶媒と疎水性溶媒の混合溶媒を用いてもよい。
親水性溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどのカーボネート類、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトン、メタノール、エタノールなどの炭素数１〜３の低級アルコール、アセトニトリル等が挙げられる。疎水性溶媒としては、４−メチルペンタン−２−オンなどの炭素数５〜１０のケトン類、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素類、トルエン、ベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素類が挙げられる。
本発明において、電極膜、固体電解質膜に用いられるポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体［ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］などの水素原子を有するフッ素化オレフィンとパーフッ素化オレフィンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの水素原子を有するフッ素化オレフィンのホモポリマー、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ，ナフィオン）、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリレート（poly-ＨＥＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリ（メタ）アクリレート類、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）などが挙げられる。
アクチュエータ素子の電極層に使用される導電性薄膜層は、カーボンブラック又はグラファイト（好ましくはメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）、ポリマー、イオン液体から構成される。導電性薄膜層中のこれらの成分の好ましい配合割合は：
（メソポーラス）カーボンブラック及び／又は（メソポーラス）グラファイト：
１〜９８重量％、好ましくは２５〜６６重量％、より好ましくは１７〜５０重量％；
ポリマー：
１〜９８重量％、好ましくは１７〜５０重量％、より好ましくは１７〜４０重量％；
イオン液体：
１〜９８重量％、好ましくは１７〜５０重量％、より好ましくは１７〜５０重量％；
である。
（メソポーラス）カーボンブラック及び／又は（メソポーラス）グラファイト：
１〜９８重量％、好ましくは２５〜６６重量％、より好ましくは１７〜５０重量％；
ポリマー：
１〜９８重量％、好ましくは１７〜５０重量％、より好ましくは１７〜４０重量％；
イオン液体：
１〜９８重量％、好ましくは１７〜５０重量％、より好ましくは１７〜５０重量％；
である。
導電性薄膜の調製は、カーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）、ポリフッ化ビニリデンなどのポリマーとイオン液体を任意の割合で混合して実施することが可能である。得られた導電性薄膜層の強度の問題から、カーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）は一定以上含まれるのがよい。
カーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）とポリマーとイオン液体を任意の割合で攪拌などにより混合し、超音波処理を行うのが好ましい。超音波処理時間は、３０分から１５時間程度、好ましくは１時間〜７時間程度が挙げられる。
導電性薄膜の形成は、カーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）とポリマーとイオン液体の混合液を、塗布、印刷、押し出し、キャスト、または、射出などの方法により行なうことができ、好ましくはキャストにより実施される。
本発明の方法で製造するアクチュエータ素子としては、例えば、イオン伝導層1を、その両側から、カーボンブラック又はグラファイト（好ましくはメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）とイオン液体とポリマーを含む導電性薄膜層（電極層）2,2で挟んだ３層構造のものが挙げられる(図2A) 。また、電極の表面伝導性を増すために、電極層2,2の外側にさらに導電層3,3が形成された５層構造のアクチュエータ素子であってもよい(図2B) 。
イオン伝導層の表面に導電性薄膜層を形成してアクチュエータ素子を得るには、イオン伝導層の表面に導電性薄膜を熱圧着すればよい。
イオン伝導層の厚さは、5〜200μｍであるのが好ましく、10〜100μｍであるのがより好ましい。導電性薄膜層の厚さは、10〜500μｍであるのが好ましく、50〜300μｍであるのがより好ましい。また、各層の製膜にあたっては、スピンコート、印刷、スプレー等も用いることができる。さらに、押し出し法、射出法等も用いることができる。
導電性薄膜は、複数の薄膜を熱圧着などにより積層することもでき、１枚の薄膜からなっていてもよい。
このようにして得られたアクチュエータ素子は、電極間（電極は導電性薄膜層に接続されている）に０．５〜４Ｖの直流電圧を加えると、数秒以内に素子長の０．５〜１倍程度の変位を得ることができる。また、このアクチュエータ素子は、空気中あるいは真空中で、柔軟に作動することができる。
このようなアクチュエータ素子の作動原理は、図３に示すように、イオン伝導層１の表面に相互に絶縁状態で形成された導電性薄膜層２，２に電位差がかかると、導電性薄膜層２，２内のカーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）相とイオン液体相の界面に電気二重層が形成され、それによる界面応力によって、導電性薄膜層２，２が伸縮するためである。図3に示すように、プラス極側に曲がるのは、量子化学的効果により、カーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）がマイナス極側でより大きくのびる効果があることと、現在よく用いられるイオン液体では、カチオン４のイオン半径が大きく、その立体効果によりマイナス極側がより大きくのびるからであると考えられる。図3において、４はイオン液体のカチオンを示し、５はイオン液体のアニオンを示す。
上記の方法で得ることのできるアクチュエータ素子によれば、カーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）とイオン液体とのゲルの界面有効面積が極めて大きくなることから、界面電気二重層におけるインピーダンスが小さくなり、カーボンブラックまたはグラファイト（特にメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイト）の電気伸縮効果が有効に利用される効果に寄与する。また、機械的には、界面の接合の密着性が良好となり、素子の耐久性が大きくなる。その結果、空気中、真空中で、応答性がよく変位量の大きい、且つ耐久性のある素子を得ることができる。しかも、構造が簡単で、小型化が容易であり、小電力で作動することができる。
本発明のアクチュエータ素子は、空気中、真空中で耐久性良く作動し、しかも低電圧で柔軟に作動することから、安全性が必要な人と接するロボットのアクチュエータ（例えば、ホームロボット、ペットロボット、アミューズメントロボットなどのパーソナルロボットのアクチュエータ）、また、宇宙環境用、真空チェンバー内用、レスキュー用などの特殊環境下で働くロボット、また、手術デバイスやマッスルスーツなどの医療、福祉用ロボット、さらにはマイクロマシーンなどのためのアクチュエータとして最適である。
特に、純度の高い製品を得るために、真空環境下、超クリーンな環境下での材料製造において、純度の高い製品を得るために、試料の運搬や位置決め等のためのアクチュエータの要求が高まっており、全く蒸発しないイオン液体を用いた本発明のアクチュエータ素子は、汚染の心配のないアクチュエータとして、真空環境下でのプロセス用アクチュエータとして有効に用いることができる。
なお、イオン伝導層表面への導電性薄膜層の形成は少なくとも２層必要であるが、図4に示すように、平面状のイオン伝導層１の表面に多数の導電性薄膜層２を配置することにより、複雑な動きをさせることも可能である。このような素子により、蠕動運動による運搬や、マイクロマニピュレータなどを実現可能である。また、本発明のアクチュエータ素子の形状は、平面状とは限らず、任意の形状の素子が容易に製造可能である。例えば、図４に示すものは、径が１ｍｍ程度のイオン伝導層１のロッドの周囲に４本の導電性薄膜層２を形成したものである。この素子により、細管内に挿入できるようなアクチュエータが実現可能である。
以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことは言うまでもない。
＜実験法の共通の説明＞
1. 使用した薬品、材料
エチルメチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート（EMIBF4）,エチルメチルイミダゾリウム トリフルオロメタントリフルオロボレート（EMICF3BF3）エチルメチルイミダゾリウム ビス（フルオロメタンスルホニル）イミド（EMIFSI）エチル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（EMITFSI）、
1. 使用した薬品、材料
エチルメチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート（EMIBF4）,エチルメチルイミダゾリウム トリフルオロメタントリフルオロボレート（EMICF3BF3）エチルメチルイミダゾリウム ビス（フルオロメタンスルホニル）イミド（EMIFSI）エチル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（EMITFSI）、
使用したメソポーラスカーボンブラック(MCB)：量産が可能な699632（ナノシル社製）の物性を表１に示す。
使用した導電性薄膜層及びイオン伝導体用ベースポリマー：ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（PVDF(HFP)）ポリマー
使用した導電性薄膜層及びイオン伝導体用ベースポリマー：ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（PVDF(HFP)）ポリマー
２．ゲル電解質キャスト液の一般的作製方法
IL（イオン液体）200mg、PVdF(HFP)(Kynar Flex2801)、PC 500mg、MP 6mlを、80℃に液温を上げて３０分以上撹拌し、作製したキャスト液0.3mlを25mmx25mmのキャスト枠中にキャストし、溶媒を蒸発させて、ゲル電解質フィルムを得る。厚みは約20μm程度である。
IL（イオン液体）200mg、PVdF(HFP)(Kynar Flex2801)、PC 500mg、MP 6mlを、80℃に液温を上げて３０分以上撹拌し、作製したキャスト液0.3mlを25mmx25mmのキャスト枠中にキャストし、溶媒を蒸発させて、ゲル電解質フィルムを得る。厚みは約20μm程度である。
３．電極／電解質ゲル／電極３層構造からなるアクチュエータ素子の変位測定方法
図１に示す様にレーザー変位計を用い、素子を2mmx10mmの短冊状に切り取り、電圧を加えた時の4mmの位置の変位を測定した。
また伸縮率（ε）は
４．電極導電率測定法
電極の導電率は、電極の両端、および、表面の２点間に金ペーストで直径50μmの金線を接合し、両端の金線に定電流源で一定電流を流し、表面に接続した接点間の電圧を測定することで、電極の抵抗を測定した。この時の電極の厚みd、電極の幅をbとすると断面積S＝bdである。流した電流がI、測定した電圧がV、電圧測定端子間距離がLとすると、
コンダクタンス G＝I/V［S］
導電率＝GL／S［Scm-1］
となる。
電極の導電率は、電極の両端、および、表面の２点間に金ペーストで直径50μmの金線を接合し、両端の金線に定電流源で一定電流を流し、表面に接続した接点間の電圧を測定することで、電極の抵抗を測定した。この時の電極の厚みd、電極の幅をbとすると断面積S＝bdである。流した電流がI、測定した電圧がV、電圧測定端子間距離がLとすると、
コンダクタンス G＝I/V［S］
導電率＝GL／S［Scm-1］
となる。
５．ヤング率測定法
引張り試験機を用い、応力―歪み特性から、電極フィルムのヤング率を求めた。
引張り試験機を用い、応力―歪み特性から、電極フィルムのヤング率を求めた。
６．キャパシタンス測定
作成した電極フィルムを直径7mmに切り取り、ステンレス製の電極で挟み込んで、サイクリックボルタンメトリ法により、±0.5V、0.00１V/sの条件で測定を行った。測定値は電極フィルム中のメソポーラスカーボンブラックのグラム当りの容量値として（Fg-1）表した。
作成した電極フィルムを直径7mmに切り取り、ステンレス製の電極で挟み込んで、サイクリックボルタンメトリ法により、±0.5V、0.00１V/sの条件で測定を行った。測定値は電極フィルム中のメソポーラスカーボンブラックのグラム当りの容量値として（Fg-1）表した。
７．電極、ゲル電解質、アクチュエータ素子フィルム厚測定
作成した電極フィルム、ゲル電解質フィルム、およびそれらの積層体からなるアクチュエータ素子フィルムの厚みは、マイクロメーターを用いて測定した。
作成した電極フィルム、ゲル電解質フィルム、およびそれらの積層体からなるアクチュエータ素子フィルムの厚みは、マイクロメーターを用いて測定した。
８．アクチュエータ素子の最大発生力
σ= Y ×εmax.
σ; アクチュエータ素子の最大発生力, εmax; アクチュエータ素子の最大伸縮率、Y; 電極層のヤング率
σ= Y ×εmax.
σ; アクチュエータ素子の最大発生力, εmax; アクチュエータ素子の最大伸縮率、Y; 電極層のヤング率
実施例１
電極膜（導電性薄膜）の作製
MCB(ALDRICH 699632)50mg、PVdF(HFP) 80 mg、EMIBF4 120 mgを試料瓶にとり、溶媒DMAc 4mlを入れマグネティックスターラーで撹拌を1日間行う。その後、溶媒DMAc 5mlを入れマグネティックスターラーで撹拌を１日間行い、キャスト液を得た。25mm角のテフロン型に上記キャスト液をそれぞれ2.4mlキャストし、温度50℃で一昼夜乾燥した。その後、温度を80℃にして減圧乾燥一昼夜行い、電極膜を得た。
電極膜（導電性薄膜）の作製
MCB(ALDRICH 699632)50mg、PVdF(HFP) 80 mg、EMIBF4 120 mgを試料瓶にとり、溶媒DMAc 4mlを入れマグネティックスターラーで撹拌を1日間行う。その後、溶媒DMAc 5mlを入れマグネティックスターラーで撹拌を１日間行い、キャスト液を得た。25mm角のテフロン型に上記キャスト液をそれぞれ2.4mlキャストし、温度50℃で一昼夜乾燥した。その後、温度を80℃にして減圧乾燥一昼夜行い、電極膜を得た。
また２枚の電極膜と１枚の固体電解質膜を用い、共通実験法２による方法により作成したゲル電解質膜をサンドイッチにして７０℃、120Nの圧力で１分間プレスすることにより、電極／固体電解質／電極複合体素子を作成した。電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表２に示す。また電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表３に示す。素子の応答性能（曲げ及び高速応答）がカーボンブラック(CB)を用いた実施例5（表11）と比べて飛躍的に上昇していることがわかる。
実施例２
電極膜の作製
実施例１のうち、EMIBF4をEMICF3BF3に変更して行った。
電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表５に示す。また電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表４に示す。素子の応答性能（曲げ及び高速応答）がカーボンブラックを用いた実施例5（表11）と比べて飛躍的に上昇していることがわかる。
電極膜の作製
実施例１のうち、EMIBF4をEMICF3BF3に変更して行った。
電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表５に示す。また電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表４に示す。素子の応答性能（曲げ及び高速応答）がカーボンブラックを用いた実施例5（表11）と比べて飛躍的に上昇していることがわかる。
実施例３
電極膜の作製
実施例1のうち、EMIBF4をEMIFSIに変更して行った。
電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表７に示す。また電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表６に示す。素子の応答性能（曲げ及び高速応答）がカーボンブラックを用いた実施例5（表11）と比べて飛躍的に上昇していることがわかる。
電極膜の作製
実施例1のうち、EMIBF4をEMIFSIに変更して行った。
電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表７に示す。また電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表６に示す。素子の応答性能（曲げ及び高速応答）がカーボンブラックを用いた実施例5（表11）と比べて飛躍的に上昇していることがわかる。
実施例4
電極膜の作製
実施例1のうち、EMIBF4をEMITFSIに変更して行った。
電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表９に示す。また電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表８に示す。素子の応答性能（曲げ及び高速応答）がカーボンブラックを用いた実施例5（表11）と比べて飛躍的に上昇していることがわかる。
電極膜の作製
実施例1のうち、EMIBF4をEMITFSIに変更して行った。
電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表９に示す。また電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表８に示す。素子の応答性能（曲げ及び高速応答）がカーボンブラックを用いた実施例5（表11）と比べて飛躍的に上昇していることがわかる。
実施例５
電極膜の作製
実施例1のうち、MCB(ALDRICH 699632 )をカーボンブラック（CB；HS-100)に変更して行った。
電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表11に示す。また電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表１０に示す。
電極膜の作製
実施例1のうち、MCB(ALDRICH 699632 )をカーボンブラック（CB；HS-100)に変更して行った。
電極間に周波数の異なる±2.0Vの三角波電圧を加えた時に観測された変位を表11に示す。また電極膜及びアクチュエータ素子の特性の結果を表１０に示す。
Claims (11)
- カーボンブラック又はグラファイト、ポリマーおよびイオン液体から構成される導電性薄膜。
- 前記カーボンブラック又はグラファイトがメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイトである、請求項１に記載の導電性薄膜。
- 請求項１又は２に記載の導電性薄膜層とイオン伝導層を有する積層体。
- 請求項３に記載の積層体を含むアクチュエータ素子。
- イオン伝導層の表面に、請求項１又は２に記載の導電性薄膜を電極とする導電性薄膜層が互いに絶縁状態で少なくとも２個形成され、当該導電性薄膜層に電位差を与えることにより変形可能に構成されている請求項４に記載のアクチュエータ素子
- 以下の工程を含むことを特徴とするアクチュエータ素子の製造方法：
工程１：カーボンブラック又はグラファイト、ポリマー、イオン液体および溶媒を含む分散液を調製する工程；
工程２：ポリマーおよび溶媒、必要に応じてさらにイオン液体を含む溶液を調製する工程；
工程３：工程１の分散液を用いる導電性薄膜の形成と工程２の溶液を用いるイオン伝導層の形成を同時にあるいは順次行い、導電性薄膜層とイオン伝導層の積層体を形成する工程。 - 前記カーボンブラック又はグラファイトがメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイトである、請求項６に記載のアクチュエータ素子の製造方法。
- 以下の工程を含むことを特徴とするアクチュエータ素子の製造方法：
工程１：カーボンブラック又はグラファイト、ポリマー、イオン液体および溶媒を含む分散液を調製する工程；
工程２：ポリマーおよび溶媒、必要に応じてさらにイオン液体を含む溶液を調製する工程；
工程３：工程１の分散液を用いキャスト、印刷、塗布、押し出しまたは射出により、導電性薄膜を形成、その後、必要に応じて、作製した導電性薄膜の熱厚密化を行い、密度を大きくする工程、あるいは数枚の導電性薄膜を熱圧着すると同時に厚密化し、密度を大きくする工程
工程４：工程２の分散液を用いキャスト、印刷、塗布、押し出しまたは射出により、イオン伝導層を形成する工程；
工程５：工程３で形成した導電性薄膜と工程４で形成したイオン伝導層を、圧着により積層し、積層体を形成する工程。 - 前記カーボンブラック又はグラファイトがメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイトである、請求項８に記載のアクチュエータ素子の製造方法。
- 以下の工程を含むことを特徴とするアクチュエータ素子の製造方法：
工程１：カーボンブラック又はグラファイト、ポリマー、イオン液体および溶媒を含む分散液を調製する工程；
工程２：ポリマーおよび溶媒、必要に応じてさらにイオン液体を含む溶液を調製する工程；
工程３：工程１の分散液を用いキャスト後加熱により、導電性薄膜を形成する工程
工程４：工程２の分散液を用いキャスト後加熱により、イオン伝導層を形成する工程；
工程５：工程３で形成した導電性薄膜と工程４で形成したイオン伝導層を、圧着により積層し、積層体を形成する工程。 - 前記カーボンブラック又はグラファイトがメソポーラスカーボンブラックまたはメソポーラスグラファイトである、請求項１０に記載のアクチュエータ素子の製造方法。
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