JP5665055B2 - アクチュエータ素子の駆動方法及び製造方法 - Google Patents
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Description
項1. イオン液体とポリマーからなる電解質膜の表面に、炭素含有導電性ナノ材料とイオン液体、およびポリマーとのゲル状組成物から構成されるアクチュエータ用導電性薄膜が相互に絶縁状態で少なくとも2個形成され、該層に電位差を与えることにより湾曲および変形を生じさせ得るアクチュエータ素子の駆動方法であって、前記アクチュエータ素子の駆動を低水分雰囲気中で行うことを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。
項2. 前記アクチュエータ素子の駆動を低水分かつ低酸素の雰囲気中で行うことを特徴とする項1に記載のアクチュエータ素子の駆動方法。
項3. 前記アクチュエータ素子として、低水分の雰囲気中で作成されたものを用いることを特徴とする項1または2に記載のアクチュエータ素子の駆動方法。
項4. 前記アクチュエータ素子として、低水分かつ低酸素の雰囲気中で作成されたものを用いることを特徴とする項3に記載のアクチュエータ素子の駆動方法。
項5. 以下の工程
工程1:炭素含有導電性ナノ材料、イオン液体、ポリマー及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の溶液を用いる電解質膜の形成を同時にあるいは順次行い、導電性薄膜と電解質膜の積層体を形成する工程(ここで、導電性薄膜と電解質膜の形成は、塗布、印刷、押し出し、キャスト、または、射出により行う。)
を含み、かつ、前記工程を低水分雰囲気中で行うことを特徴とする、アクチュエータ素子の製造方法。
項6.
前記工程3の後に、以下の工程4を行うことを特徴とする、項5記載のアクチュエータ素子の製造方法
工程4:前記積層体を前記低水分雰囲気を保つことができるよう封止する工程
項7. 以下の工程
工程1:炭素含有導電性ナノ材料、イオン液体、ポリマー及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、電解質膜を形成する工程;
工程5:工程3で形成した導電性薄膜と工程4で形成した電解質膜を、圧着により積層し、積層体を形成する工程
を含み、かつ、前記工程を低水分雰囲気中で行うことを特徴とする、アクチュエータ素子の製造方法。
項8.
前記工程5の後に、以下の工程6を行うことを特徴とする、項7記載のアクチュエータ素子の製造方法
工程6:前記積層体を前記低水分雰囲気を保つことができるよう封止する工程
項9. 前記工程を低水分かつ低酸素の雰囲気中で行うことを特徴とする項5ないし8のいずれか1項に記載のアクチュエータ素子の製造方法。
項10. イオン液体とポリマーからなる電解質膜の表面に、炭素含有導電性ナノ材料とイオン液体、およびポリマーとのゲル状組成物から構成されるアクチュエータ用導電性薄膜が相互に絶縁状態で少なくとも2個形成され、該層に電位差を与えることにより湾曲および変形を生じさせ得るアクチュエータ素子であって、前記アクチュエータ素子が低水分雰囲気にて製造されたことを特徴とするアクチュエータ素子。
項11. 大気と前記アクチュエータ素子とを遮断して前記低水分雰囲気を維持する遮断構造を有することを特徴とする項10記載のアクチュエータ素子。
炭素含有導電性ナノ材料:
3〜90質量%、好ましくは16.6〜70質量%、より好ましくは20〜50質量%;
イオン液体:
5〜 80質量%、好ましくは15〜 73.4質量%、より好ましくは20〜69質量%;
ポリマー:
4〜70質量%、好ましくは10〜68.4質量%、より好ましくは11〜64質量%;
である。
イオン液体:
10〜 90質量%、好ましくは30〜80質量%、より好ましくは40〜70質量%
ポリマー:
90〜10質量%、好ましくは70〜20質量%、より好ましくは60〜30質量%
である。
本実施例は、特別な記載がない限り、すべての実験を窒素置換したグローブボックス中で行った。
実施例1
1)電極液の調製
50mgの単層カーボンナノチューブ(HiPcoTM, Unidym社)(以下CNTと略す)、80mgのポリマー、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))(Kynar2801, Arkema社)、イオン液体EMITFS 240mgを9mLの溶媒(ジメチルアセトアミド(DMAC))に添加し、得られた溶液を室温で撹拌、超音波にて分散することにより、粘性のある電極液を得た。
2)キャスト(電極膜の作成)
上記で得られた電極液を2.5cmx2.5cmのテフロン(登録商標)型中にキャストし、溶媒を乾燥すると黒色のCNT、イオン液体、ベースポリマーからなる自立した電極膜が得られた。膜厚は、キャスト量により調節した。
3)電解質液の調製
131mgのEMITFSと100mgのPVDF(HFP)をメチルペンタノン(MP)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒に入れ、加熱、撹拌することにより、無色透明な電解質液を得た。
4)キャスト(電解質膜の作成)
2.5cmx2.5cmのアルミ型中に電解質液をキャストし、溶媒を乾燥させることにより、膜厚10〜20μmで半透明な自立した電解質膜を得た。
5)アクチュエータ(三層)素子の作製
上記4)で得られる電解質膜を2)で得られる電極膜2枚で挟み、加熱(70℃)プレス(プレス圧=270MPa)することにより、三層構造のアクチュエータ素子を作成した。これを、所望の形状に切出し、以下の試料評価法(グローブボックス中の窒素置換による低湿度、低酸素環境下)に従って変位を測定した。
アクチュエータ素子作製のすべてのプロセスを空気中で行い、さらに評価も空気中で行った。得られたアクチュエータ素子について、以下の試料評価法(大気中)に従って変位を測定した(図1)。
アクチュエータの変形量は変位を測定することで行った。アクチュエータ試料片を幅2mm、長さ10mmに切り取り、5mmを金電極で押さえ、電圧を印加した。4mmの位置にレーザーを当てて、レーザー変位計により変位を測定した。その際の電圧、電流も同時に測定した。
アクチュエータ試料作製のすべてのプロセスを空気中で行い、評価を異なる湿度環境の空気中で行った。空気中の水分濃度は露点を測定することによって決定した。図2のように、低湿度の空気であっても逆変位現象の改善がみられ、特に水分濃度が1000ppmを下回ると、逆変位現象が大きく改善された(図2)。
Claims (10)
- イオン液体とポリマーからなる電解質膜の表面に、炭素含有導電性ナノ材料とイオン液体、およびポリマーとのゲル状組成物から構成されるアクチュエータ用導電性薄膜が相互に絶縁状態で少なくとも2個形成され、該層に電位差を与えることにより湾曲および変形を生じさせ得るアクチュエータ素子の駆動方法であって、
前記アクチュエータ素子の駆動を低水分雰囲気中で行うこと、及び、前記アクチュエータ素子として、低水分の雰囲気中で作成されたものを用いることを特徴とするアクチュエータ素子の駆動方法。 - 前記アクチュエータ素子の駆動を低水分かつ低酸素の雰囲気中で行うことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ素子の駆動方法。
- 前記アクチュエータ素子として、低水分かつ低酸素の雰囲気中で作成されたものを用いることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ素子の駆動方法。
- 以下の工程
工程1:炭素含有導電性ナノ材料、イオン液体、ポリマー及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の溶液を用いる電解質膜の形成を同時にあるいは順次行い、導電性薄膜と電解質膜の積層体を形成する工程(ここで、導電性薄膜と電解質膜の形成は、塗布、印刷、押し出し、キャスト、または、射出により行う。)
を含み、かつ、前記工程を低水分雰囲気中で行うことを特徴とする、アクチュエータ素子の製造方法。 - 前記工程3の後に、以下の工程4を行うことを特徴とする、請求項4記載のアクチュエータ素子の製造方法。
工程4:前記積層体を前記低水分雰囲気を保つことができるよう封止する工程 - 以下の工程
工程1:炭素含有導電性ナノ材料、イオン液体、ポリマー及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、電解質膜を形成する工程;
工程5:工程3で形成した導電性薄膜と工程4で形成した電解質膜を、圧着により積層し、積層体を形成する工程;
を含み、かつ、前記工程を低水分雰囲気中で行うことを特徴とする、アクチュエータ素子の製造方法。 - 前記工程5の後に、以下の工程6を行うことを特徴とする、請求項6記載のアクチュエータ素子の製造方法。
工程6:前記積層体を前記低水分雰囲気を保つことができるよう封止する工程 - 前記工程を低水分かつ低酸素の雰囲気中で行うことを特徴とする請求項4ないし7のいずれか1項に記載のアクチュエータ素子の製造方法。
- イオン液体とポリマーからなる電解質膜の表面に、炭素含有導電性ナノ材料とイオン液体、およびポリマーとのゲル状組成物から構成されるアクチュエータ用導電性薄膜が相互に絶縁状態で少なくとも2個形成され、該層に電位差を与えることにより湾曲および変形を生じさせ得るアクチュエータ素子であって、前記アクチュエータ素子が低水分雰囲気にて製造されたことを特徴とするアクチュエータ素子。
- 大気と前記アクチュエータ素子とを遮断して前記低水分雰囲気を維持する遮断構造を有することを特徴とする請求項9記載のアクチュエータ素子。
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