JP6011986B2 - 油脂或いは撥水剤を含むアクチュエータ素子 - Google Patents
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項1. カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される導電性薄膜であって、前記高分子ゲルの内部もしくは表面に油脂及び撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、導電性薄膜。
項2. 油脂がサラダ油、白絞油、コーン油、大豆油、ごま油、菜種油、こめ油、糠油、椿油、ベニバナ油、パーム核油、ヤシ油、綿実油、ひまわり油、荏油、オリーブオイル、ピーナッツオイル、アーモンドオイル、アボカドオイル、ヘーゼルナッツオイル、ウォルナッツオイル、グレープシードオイル、マスタードオイル、レタス油、魚油、鯨油、鮫油、肝油、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、エチレン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンラノリン脂肪酸エステル、トリメチロールプロパン脂肪酸エステル、ミツロウ、ライスワックス、水素添加加工油脂、ポリグリセリン縮合(ポリ)リシノール酸エステル、リン脂質、レシチン、卵黄レシチン、リゾレシチン、ダイズレシチン、有機酸モノグリセリド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ステアロイル乳酸ナトリウム、ステアロイル乳酸カルシウム、サポニン、キラヤサポニン、コハク酸モノグリセリド、コハク酸ジグリセリドからなる群から選択される、項1に記載の導電性薄膜。
項3. 撥水剤がフッ素系オイル、フルオロシリコーンオイルまたはシリコーンオイルからなる群から選択される少なくとも1種である、項1に記載の導電性薄膜。
項4. 前記導電性薄膜がさらに導電補助剤を含む項1〜3のいずれかに記載の導電性薄膜。
項5. 導電補助剤が導電性高分子、炭素粒子およびメソポーラス無機材料からなる群から選択される、項4に記載の導電性薄膜。
項6. イオン液体およびポリマーを含む電解質膜であって、前記電解質膜の内部もしくは表面に油脂及び撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、電解質膜。
項7. ポリマーを含む電解質膜であって、前記電解質膜が0〜10質量%のイオン液体を含む、電解質膜。
項8. 前記電解質膜が2〜5質量%のイオン液体を含む、項7に記載の電解質膜。
項9. カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される1又は2以上の導電性薄膜とイオン液体およびポリマーを含む1又は2以上の電解質膜を積層してなる積層体であって、前記導電性薄膜が項1〜5のいずれかに記載の導電性薄膜、及び/又は前記電解質膜が項6に記載の電解質膜である、積層体。
項10. カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される1又は2以上の導電性薄膜とポリマーを含む1又は2以上の電解質膜を積層してなる積層体であって、前記電解質膜が項7又は8に記載の電解質膜である、積層体。
項11. 項9又は10の積層体からなるアクチュエータ素子。
項12. 電解質膜の表面に、項1〜5のいずれか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項11に記載のアクチュエータ素子。
項13. 項7又は8に記載の電解質膜の表面に、カーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される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項11に記載のアクチュエータ素子。
カーボンナノチューブ:
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:
0〜 80質量%、好ましくは0.5〜60質量%、より好ましくは1〜50質量%
ポリマー:
100〜20質量%、好ましくは99.5〜40質量%、より好ましくは99〜50質量%
である。
イオン液体:
0〜30質量%、好ましくは1〜25質量%、より好ましくは2〜5質量%
ポリマー:
100〜70質量%、好ましくは99〜75質量%、より好ましくは98〜95質量%
である。
カーボンナノチューブ:
3〜90重量%、好ましくは16.6〜70重量%、より好ましくは20〜50重量%;
イオン液体:
5〜 80重量%、好ましくは15〜 73.4重量%、より好ましくは20〜69重量%;
ポリマー:
4〜70重量%、好ましくは10〜68.4重量%、より好ましくは11〜64重量%;
である。
導電補助剤は、カーボンナノチューブ、イオン液体及びポリマーの合計量100重量部に対し3〜90重量部、好ましくは10〜72.5重量部、より好ましくは15〜65重量部配合される。
[導電性薄膜層形成用分散液の調製]
DMAC溶媒中に、カーボンナノチューブ(SWNT)とイオン液体(IL)、ポリマー[粉末状PVDF(HFP)]を分散させて、マグネチックスターラーにて撹拌、その後、超音波による分散を行うことにより導電性薄膜層形成用分散液を調製する。
イオン液体(IL)とポリマー[粉末状PVDF(HFP)]を、上記導電性薄膜層形成用分散液の調製と同様にして、溶媒に溶解させることにより、電解質膜形成用溶液を調製する。ここで溶媒は、4−メチルペンタン−2−オンとプロピレンカーボネートとの混合溶媒を用いた。
導電性薄膜、電解質膜は、それぞれ上記のように調製した分散液および溶液を、別々にキャストし、室温で一昼夜溶媒を乾燥させ、次いで、真空乾燥を行うことにより得る。2枚の導電性薄膜の表面に油脂又は撥水剤を塗布して層を形成し、導電性薄膜の油脂層/撥水剤層を電解質膜側にして導電性薄膜2枚の間に、電解質膜を1枚挟んで熱圧着することにより3層構造のアクチュエータ素子を得る。
製造したアクチュエータ素子の変位応答性の評価は、図1に示した装置を用いて行った。アクチュエータ素子を、幅2mm×長さ10mmの短冊状に切断し、端3mmの部分を電極付きホルダーでつかんで、空気中で電圧を加え、レーザ変位計を用いて、固定端から5mmの位置での変位を測定して行った。電圧の周波数を200Hz〜5mHzで変化させて調べた。また、長時間のアクチュエータ素子の耐久性については、+2.0Vの一定電圧を印加し続けることにより評価した。
以下の比率で、カーボンナノチューブ(SWCNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(PVDF(HFP);kynar2801)を使用して、導電性薄膜層(電極)−(油脂層又は撥水剤層)−電解質膜−(油脂層又は撥水剤層)−導電性薄膜層(電極)からなる、5層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。導電性薄膜の片面には、油脂(重量0.12mg)(実施例1)または撥水剤(重量1.0mg)(実施例2)を塗布し、油脂層又は撥水剤層を電解質膜に重ねて圧着した。
電極膜組成:SWCNT/PVDF(HFP)/ EMIBF4= 50.2mg/80.1mg/120.2mg
電極膜組成比:20.04wt%/31.98wt%/47.98wt%
電解質膜組成:PVDF(HFP)/ EMIBF4= 200.3mg/200.1mg
電解質膜組成比:50.02wt%/49.98wt%
以下の比率で、カーボンナノチューブ(SWCNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(PVDF(HFP);kynar2801)を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、3層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を実施例3のアクチュエータ素子として使用した。
電極膜組成:SWCNT/PVDF(HFP)/ EMIBF4= 50.1mg/80.1mg/120.5mg
電極膜組成比:19.98wt%/31.95wt%/48.07wt%
電解質膜組成:PVDF(HFP)/ EMIBF4= 200.1mg/0.0mg
電解質膜組成比:100.00wt%/0.00wt%
以下の比率で、カーボンナノチューブ(SWCNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(PVDF(HFP);kynar2801)を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、3層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を実施例4のアクチュエータ素子として使用した。
電極膜組成:SWCNT/PVDF(HFP)/ EMIBF4= 25.26mg/40.4mg/60.2mg
電極膜組成比:20.07wt%/32.10wt%/47.83wt%
電解質膜組成:PVDF(HFP)/ EMIBF4= 200.3mg/2.1mg
電解質膜組成比:98.96wt%/1.04wt%
以下の比率で、カーボンナノチューブ(SWCNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(PVDF(HFP);kynar2801)を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、3層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を実施例5のアクチュエータ素子として使用した。
電極膜組成:SWCNT/PVDF(HFP)/ EMIBF4= 50.1mg/80.1mg/120.4mg
電極膜組成比:19.99wt%/31.96wt%/48.04wt%
電解質膜組成:PVDF(HFP)/ EMIBF4= 200.1mg/4.1mg
電解質膜組成比:97.99wt%/2.01wt%
以下の比率で、カーボンナノチューブ(SWCNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(PVDF(HFP);kynar2801)を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、3層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を実施例6のアクチュエータ素子として使用した。
電極膜組成:SWCNT/PVDF(HFP)/ EMIBF4= 50.1mg/80.1mg/120.4mg
電極膜組成比:19.99wt%/31.96wt%/48.04wt%
電解質膜組成:PVDF(HFP)/ EMIBF4= 200.4mg/10.8mg
電解質膜組成比:94.89wt%/5.11wt%
以下の比率で、カーボンナノチューブ(SWCNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(PVDF(HFP);kynar2801)を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、3層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を実施例7のアクチュエータ素子として使用した。
電極膜組成:SWCNT/PVDF(HFP)/ EMIBF4= 25.26mg/40.4mg/60.2mg
電極膜組成比:20.07wt%/32.10wt%/47.83wt%
電解質膜組成:PVDF(HFP)/ EMIBF4= 200.3mg/22.3mg
電解質膜組成比:89.98wt%/10.02wt%
以下の比率で、カーボンナノチューブ(SWCNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(PVDF(HFP);kynar2801)を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、3層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を比較例1のアクチュエータ素子として使用した。
電極膜組成:SWCNT/PVDF(HFP)/EMIBF4= 50.1mg/80.1mg/120.5mg
電極膜組成比:19.98wt%/31.95wt%/48.07wt%
電解質膜組成:PVDF(HFP)/ EMIBF4= 200.2mg/200.3mg
電解質膜組成比:49.99wt%/50.01wt%
実施例1〜7および比較例1で得られたアクチュエータ素子の電圧に対する応答性の評価を、上述したアクチュエータ素子の評価方法により行った。得られた結果を、図5、図6に示す。
2 導電性薄膜層
3 導電層
4 イオン性液体のカチオン
5 イオン性液体のアニオン
Claims (8)
- イオン液体およびポリマーを含む電解質膜の両側にカーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される導電性薄膜層を積層してなる積層体であって、前記電解質膜が0〜10質量%のイオン液体を含む、積層体。
- 前記電解質膜が2〜5質量%のイオン液体を含む、請求項1に記載の積層体。
- 前記導電性薄膜層の表面に油脂をさらに含むか、或いは、前記電解質膜の表面に油脂をさらに含み、油脂が
サラダ油、白絞油、コーン油、大豆油、ごま油、菜種油、こめ油、糠油、椿油、ベニバナ油、パーム核油、ヤシ油、綿実油、ひまわり油、荏油、オリーブオイル、ピーナッツオイル、アーモンドオイル、アボカドオイル、ヘーゼルナッツオイル、ウォルナッツオイル、グレープシードオイル、マスタードオイル、レタス油、魚油、鯨油、鮫油、肝油、カカオバター、パーム油、ラード、牛脂、鶏油、羊脂、馬脂、ショートニング、乳脂肪、バター、マーガリン、ギー、硬化油、潤滑油、ひまし油、グリース、切削油、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、エチレン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンラノリン脂肪酸エステル、トリメチロールプロパン脂肪酸エステル、ミツロウ、ライスワックス、水素添加加工油脂、ポリグリセリン縮合(ポリ)リシノール酸エステル、リン脂質、レシチン、卵黄レシチン、リゾレシチン、ダイズレシチン、有機酸モノグリセリド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ステアロイル乳酸ナトリウム、ステアロイル乳酸カルシウム、サポニン、キラヤサポニン、コハク酸モノグリセリド、コハク酸ジグリセリドからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の積層体。 - イオン液体およびポリマーを含む電解質膜の両側にカーボンナノチューブ、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される導電性薄膜層を積層してなる積層体であって、前記導電性薄膜層の内部に油脂及び撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むか、或いは、前記電解質膜の内部に油脂及び撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を含み、
油脂が
サラダ油、白絞油、コーン油、大豆油、ごま油、菜種油、こめ油、糠油、椿油、ベニバナ油、パーム核油、ヤシ油、綿実油、ひまわり油、荏油、オリーブオイル、ピーナッツオイル、アーモンドオイル、アボカドオイル、ヘーゼルナッツオイル、ウォルナッツオイル、グレープシードオイル、マスタードオイル、レタス油、魚油、鯨油、鮫油、肝油、カカオバター、パーム油、ラード、牛脂、鶏油、羊脂、馬脂、ショートニング、乳脂肪、バター、マーガリン、ギー、硬化油、潤滑油、ひまし油、グリース、切削油、グリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、エチレン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンラノリン脂肪酸エステル、トリメチロールプロパン脂肪酸エステル、ミツロウ、ライスワックス、水素添加加工油脂、ポリグリセリン縮合(ポリ)リシノール酸エステル、リン脂質、レシチン、卵黄レシチン、リゾレシチン、ダイズレシチン、有機酸モノグリセリド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ステアロイル乳酸ナトリウム、ステアロイル乳酸カルシウム、サポニン、キラヤサポニン、コハク酸モノグリセリド、コハク酸ジグリセリドからなる群から選択され、
油脂又は撥水剤が導電性薄膜層の内部に存在する場合、油脂及び撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも1種は、導電性薄膜層に0.5〜20質量%含まれ、油脂又は撥水剤が電解質膜の内部に存在する場合、油脂及び撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも1種は、電解質膜に0.1〜20質量%含まれる、積層体。 - 撥水剤がフッ素系オイル、フルオロシリコーンオイルまたはシリコーンオイルからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項4に記載の積層体。
- 前記導電性薄膜がさらに導電補助剤を含む請求項4又は5に記載の積層体。
- 導電補助剤が導電性高分子、炭素粒子およびメソポーラス無機材料からなる群から選択される、請求項6に記載の積層体。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層体からなるアクチュエータ素子。
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