JP5385254B2 - カーボンナノチューブを利用した電歪構造体及び電歪アクチュエータ - Google Patents
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Description
図1及び図2を参照すると、本実施例において、電歪構造体10を提供する。該電歪構造体10は、柔軟性の高分子構造体14及びカーボンナノチューブ膜状構造体12を含む。前記電歪構造体10及びカーボンナノチューブ膜状構造体12はシート状である。前記カーボンナノチューブ膜状構造体12の熱膨張係数は、前記柔軟性の高分子構造体の熱膨張係数と異なる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体12の熱膨張係数は、前記柔軟性の高分子構造体14の熱膨張係数より小さいことが好ましい。前記カーボンナノチューブ膜状構造体12は、前記柔軟性の高分子構造体14の一つの表面に設置されている。該カーボンナノチューブ膜状構造体12の少なくとも一部は、前記該柔軟性の高分子構造体14の中に浸透されている。前記電歪構造体10の厚さは20μm〜5mmである。
前記カーボンナノチューブ膜状構造体12は、図4に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム143aを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム(drawn carbon nanotube film)である。前記カーボンナノチューブフィルム143aは、超配列カーボンナノチューブアレイ(特許文献1と特許文献2を参照)から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム143aは、分子間力で長軸方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブフィルム143aは自立構造を有するものである。図4及び図5を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム143aは、複数のカーボンナノチューブセグメント143bを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント143bは、長軸方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント143bは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ145を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント143bにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ145の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム143aを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム143aの強靭性及び機械強度を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム143aの厚さは0.5nm〜100μmに設けられる。
前記カーボンナノチューブ膜状構造体12は、図6に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム(flocculated carbon nanotube film)である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体12においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、100nm以上であり、100nm〜10cmであることが好ましい。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が10μm以下になる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体12におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ膜状構造体12は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ膜状構造体12の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体12の厚さは、0.5nm〜1mmである。
前記カーボンナノチューブ膜状構造体12は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム(図7を参照)を含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム(pressed carbon nanotube film)である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
図8を参照すると、本実施例は実施例1と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪構造体におけるカーボンナノチューブ膜状構造体70は、複数の第一部124及び複数の第二部126を有する。前記複数の第一部124と前記複数の第二部126とは、所定の距離を置いて間隔をあけて接続部125の同じ側に設置される。前記複数の第一部124及び前記複数の第二部126は前記接続部125から同じ方向に沿って延伸している。且つそれらの配列方向が前記接続部125と垂直である。前記複数の第一部124は正極と電気的に接続され、前記複数の第二部126は負極と電気的に接続される。
図9を参照すると、本実施例は実施例1と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪構造体30はカーボンナノチューブ膜状構造体32を含む。前記カーボンナノチューブ膜状構造体32において、接続部125における複数のカーボンナノチューブ122は第一部124から第二部126への第一方向に沿って配列されている。前記第一部124及び第二部126における複数のカーボンナノチューブ122は第二方向に沿って配列されている。前記第二方向が前記第一方向と平行しない。図9に示すように、本実施例において、前記第二方向は前記第一方向と垂直である。前記カーボンナノチューブ膜状構造体32において、複数のカーボンナノチューブ122は、分子間力で端と端が接続されて、接続部125を介して前記第一部124から前記第二部126までの方向に沿って連続的に延伸している。
図10を参照すると、本実施例は、実施例1の電歪構造体10を利用した電歪アクチュエータ20を提供する。該電歪アクチュエータ20は、電歪構造体10と、第一電極22と、第二電極24と、を含む。前記第一電極22が前記第一部124と電気的に接続され、前記第二電極24は前記第二部126と電気的に接続される。本実施例において、前記第一電極22及び第二電極24は、銅シートである
図11を参照すると、本実施例は実施例4と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪アクチュエータ60は断熱部80を備える。前記断熱部80は、電歪構造体10の第一電極22および第二電極24に接触した第一側面130に設置されている。接続部125と接続された前記電歪複合構造体10の第二側面132は、前記電歪複合構造体10の厚さ方向に沿って自由に移動することができる。前記電歪複合構造体10に電圧を印加した後、前記電歪複合構造体10の第二側面132は、前記電歪複合構造体10の厚さ方向に沿って移動又は矢印A方向に沿って回転することができる。
12 カーボンナノチューブ膜状構造体
122 カーボンナノチューブ
124 第一部
125 接続部
126 第二部
128 導電強化層
130 第一側面
132 第二側面
14 柔軟性の高分子構造体
143a カーボンナノチューブフィルム
143b カーボンナノチューブセグメント
20 電歪アクチュエータ
22 第一電極
24 第二電極
30 電歪構造体
62 スライドウェイ
70 カーボンナノチューブ膜状構造体
80 断熱部
Claims (3)
- 柔軟性の高分子構造体及びカーボンナノチューブ膜状構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれ、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、
前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体がコの字状に形成されていることを特徴とする電歪構造体。 - 前記カーボンナノチューブ膜状構造体の熱膨張係数が、前記柔軟性の高分子構造体の熱膨張係数と異なることを特徴とする、請求項1に記載の電歪構造体。
- 電歪構造体と、第一電極と、前記第一電極から所定の距離だけ離れた第二電極と、を含む電歪アクチュエータにおいて、
前記電歪構造体が、柔軟性の高分子構造体及びカーボンナノチューブ膜状構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれ、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、
前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体がコの字状に形成され、
前記第一電極及び前記第二電極が、前記電歪構造体に電気的に接続されていることを特徴とする電歪アクチュエータ。
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