JP5097718B2 - 自己給電式検出デバイス - Google Patents
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Description
導電性ポリマーは、非局在化電子と電荷を有する不飽和ポリマーをベースとしている。それらは、カチオン性であってもアニオン性であってもよく、対イオンと会合している。
ドーパントは、それらのポリマーと会合している各種の対イオンであってよく、そのようなものとしてはたとえば、クロリド、ドデシルベンゼンスルホネート塩、ペルクロレート、テトラフルオロボレート、スルフェート、p−トルエンスルホネート、ナフタレンスルホネート、メチルスルホネート、クロロメチルスルホネート、オキサレート、スルホサリチレート、フルオロメチルスルホネート、または、各種その他のスルホネートベースのアニオンが挙げられる。官能性ドーパントを使用してもよいが、そのようなものとしてはたとえば、色素、生体分子、または(放出されるべき)医薬薬剤などのイオン形が挙げられる。
その電解質は、水性、有機性、固体、イオン性液体および/または高分子電解質であってよい。電解質は、電池の正および負の電極の間で、イオン輸送メカニズムを与えるいかなる媒体であってもよい。使用可能な一般的な電解質としては、アルカリたとえば水酸化カリウム、塩化物たとえば塩化アンモニウムおよび塩化亜鉛、酸たとえば硫酸、さらにはイオン性液体、およびポリマー電解質(たとえばリチウムのようなイオンの存在下または非存在下)が挙げられる。そのような例としては、高分子電解質たとえばPAMPS、およびそれらの各種コポリマーたとえばPAMPS−PAAM(たとえば、NiPAAM−AMPS感熱性高分子電解質)などが挙げられる。
感熱性エレクトロクロミック電池100のための電池の構成を図1に図式的に示している。この例においては、電極110、120のいずれか一方または両方の色を、酸化(アノード110)または還元(カソード120)によって変化させることができる。この電池は、異なった温度になると相転移を起こす(したがって、導電性が顕著に増加する)、電解質130(たとえば、NiPaam−AMPsまたはイオン性液体)を使用することによって、感熱性が与えられている。NiPaam−AMPsの場合、その高分子電解質が、異なった温度で電池から崩壊し、それに伴って、イオン導電性が低下する。具体的には、相転移温度では、その高分子電解質の電解質溶媒(水)中への溶解度が低下する。相転移温度は、ポリマー電解質の組成を変化させて(xおよびyを変化させることにより)、20〜65±1℃の範囲で正確に調節することができる。xは一般に50〜99.5の間であり、yは50〜0.5の間である。
PPy+(色素−) → PPy゜+色素−(放出)
式1
分子ドーパントとしてフェノールレッドナトリウム塩色素を選択した。電気化学的成長の間に、ポリピロールマトリックスの中に、対アニオンとしてフェノールレッドを組み入れた。このポリマーを負の電位で刺激すると、そのドーパントであるフェノールレッドが追い出されて、溶液の中に移行し、その溶液が赤色の着色をするので、肉眼で容易に観察することができる。
この実施例においては、ピエゾエレクトロクロミック電池(図5)が提供される。この電池には、電極510間のセパレータとして適切な電解質を含む、フレキシブルで応力に従順な膜530が含まれる。充分に大きい力を加えて、dを小さくし、それによって電極の間の抵抗を充分に低下させると、そのガルバニ電池がカップリングされて、色素が放出されるようになる。したがって、この電池はショックの検出器として作動する。
この実施例においては、包装におけるタンパー検出法が与えられる(図6)。膜を通して針640を挿入することによって、回路が完結され、この場合もまた、ガルバニ電池が起動して、インジケータとしての色素が放出される。
この実施例においては、図7に示したように、曲げインジケータが提供される。歪みまたは曲げをかけると、電解質730のイオン導電性、またはアノード/カソード710、720の導電性が増大する。いずれの場合も、電流の増加を導く。この電流を記録したり、外部負荷を駆動させたりするのに使用することができる。
この実施例においては、生物学的電解質の存在を検出するための構成が提供される(図8)。休止状態の構成では、電極810と820の間には電解質がまったく存在しない。尿(生物学的電解質)を加えるか、電極の間で検出を行うと、電池が完結される。このガルバニ電池が「カップリング」することによって、色素放出が開始され、電流が発生し、それを警報のための音響放出に電力供給するために使用することができる。
この例を使用して、動きによって事象を知らせることができる。図9に示した構成は、監視される事象が出現すると、動きをもたらすガルバニ電池の形態になり、その電池が電気化学的電池として作動する。その動きの程度を利用して事象の信号を出すが、それは、電解質の融解によってもよい。たとえば、ポリピロールはアニオン/カチオンが排除されると収縮し、次いで再度組み入れられると膨張する。このことは、酸化還元反応がイオンの排除/インターカレーションを含むようなすべての電導性ポリマーに対して、同様に適用される。
この実施例においては、電解質としてのイオン性液体を含む自己給電式制御放出系が、電導性ポリマーと亜鉛アノードとのガルバニックカップリングを介して達成される。採用された電導性ポリマーは、分子色素フェノールレッド(PR)をドープさせたポリピロールであった。イオン性液体EMIDCA中に浸漬させた後でポリマーマトリックスからの色素の自己放出を調節するために、PPy/PSSの薄膜をPPy/PRの主層の上に電着させた。
Claims (31)
- 電導性ポリマーを含む第一の電極と、
第二の電極と、
電解質と、
を含む自己給電式検出デバイスであって、
前記自己給電式検出デバイスが、検知されるべき状況が出現すると、前記第一および第二の電極および前記電解質が電気化学的電池として動作し、少なくとも前記第一の電極が観察可能な変化をすることによって検出インジケータとして機能するように構成され、
前記観察可能な変化が、色の変化又は形状の変化である、自己給電式検出デバイス。 - 前記第一の電極が、成分を放出することによって検出インジケータとして機能する、請求項1に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記成分が色素である、請求項2に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記第一の電極が、検出インジケータとしての第一の電極の作動に影響を与える追加の電導性物質をさらに含む、請求項1に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記追加の電導性物質が他の電導性ポリマーである、請求項4に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記第一の電極が、PPy(ポリピロール)/PR(フェノールレッド)を含む、請求項1に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記電解質が、イオン性液体EMIDCA(1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド)を含み、前記第一の電極が、PPy(ポリピロール)/PSS(ポリスチレンスルホネート)およびPPy(ポリピロール)/PR(フェノールレッド)を含む、請求項1に記載の自己給電式検出デバイス。
- 電導性ポリマーを含む第一の電極と、
第二の電極と、
電解質と、
を含む自己給電式検出デバイスであって、
前記自己給電式検出デバイスが、検知されるべき状況が出現すると、前記第一および第二の電極および前記電解質が電気化学的電池として動作し、前記第一の電極が化学成分を放出するかまたは産出するように構成されている、自己給電式検出デバイス。 - 前記検出デバイスが、ある状況が出現したことを知らせる検出器として機能する、請求項8に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検出デバイスが、化学成分を放出することによって、出現している状況に応答する制御放出デバイスとして機能する、請求項8に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記放出される化学成分が、色素である、請求項10に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記放出される化学成分が、医薬薬剤である、請求項11に記載の自己給電式検出デバイス。
- 第一および第二の電極を含む自己給電式検出デバイスであって、
前記自己給電式検出デバイスが、前記第一および第二の電極ならびに電解質が、検知されるべき状況が出現すると、電気化学的電池として作動し、前記電池の作動によって、前記検出デバイスが少なくとも一つの動作を実施するように構成され、
前記第一の電極が、少なくとも部分的に少なくとも1種の電導性ポリマーから形成されており、その酸化または還元によって、化学成分を放出するか産出して、前記状況が出現したことを知らせる、自己給電式検出デバイス。 - 前記動作が、少なくとも第一の電極における変化を起こさせることである、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検出デバイスが、検出器として動作する、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検出デバイスが、制御放出デバイスとして動作する、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記動作が、負荷を駆動させることである、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記動作が、前記状況が出現したことを知らせる、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記第一および第二の電極の両方が、電導性ポリマーで形成されている、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検出デバイスが、ある状況が出現したときに、前記電解質が相転移を起こすように構成されている、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記電解質が凍結されていて、それが解凍されると、前記状況が出現したことを知らせる、請求項20に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検出デバイスが、前記状況が出現すると、電極の一方または両方が相互に対して動いて、それによって前記電池を形成する回路が完結されるように構成されている、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検出デバイスが、生物学的電解質が添加されると前記電池が完結されるように構成されている、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検知されるべき状況が、前記電導性ポリマーに転移を起こさせ、それが、検知されるべき状況が存在していることを知らせるに充分な電流の流れを引き起こす、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検知されるべき状況が、温度、物理的接触、歪み、または特定の化学物質の存在または非存在の少なくとも一つである、請求項24に記載の自己給電式検出デバイス。
- 電導性ポリマー物質が、ポリアセチレン(PAc)、ポリピロール(PPy)、ポリチオフェン(PTh)、ポリアニリン(PAn)、ポリ(パラ−フェニレン)(PPP)、ポリ(N−置換アニリン)、ポリ(N−置換ピロール)のホモポリマーまたはコポリマーを含む群からのものである、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記電導性ポリマー物質が、エレクトロクロミック性を有する、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記エレクトロクロミック電導性ポリマー物質が、アルコキシ置換ポリチオフェンである、請求項27に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記電導性ポリマー物質が、1種または複数のドーパントを含む、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記電解質が、水性電解質、有機電解質、固体電解質、高分子電解質、およびイオン性液体を含む電解質の群から選択される、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
- 前記検出デバイスが、電流を前記検出器から外部デバイスの方向へと向かわせる、出力メカニズムを含む、請求項13に記載の自己給電式検出デバイス。
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