JP6270273B2 - 高分子アクチュエータ素子、高分子アクチュエータ素子用電極層、高分子アクチュエータ素子用電極層の製造方法、及び、高分子アクチュエータ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施形態における高分子アクチュエータ素子1は、電解質層2と、電解質層2の厚さ方向(図1のZ方向)の両側表面に形成される電極層3、4と、を備える。
カーボン材料としては、例えばカーボンナノファイバとナノ炭素材を用いる。
混練工程では、まず、カーボンナノファイバとナノ炭素材を含むカーボン材料を調合し、このカーボン材料にイオン液体を滴下する。滴下は複数回に分けて行うとよい。その後に、ベースポリマーとして、フィブリル化されたPTFEを添加して混練を行う。混練は、乳鉢や三本ロールを用いて行う。
ペレット化工程では、上記混練工程で混練した物質をペレット状にする。この工程は、例えば、ペレタイザーを用いて造粒した後に、50〜100kg/cm2で加圧することによって行う。
膜状化工程においては、上記ペレット化工程において形成されたペレットを切り出して厚さ50〜250μmの膜状の電極層を形成する。
素子化工程においては、ベースポリマーとイオン液体とで形成した電解質層の両表面に、上記(1)〜(3)の工程を経て得られた電極層をそれぞれ重ねてプレスし、電極層を重ねる方向に切断して、高分子アクチュエータ素子を作製する。
(実施例1)
実施例1では、以下の条件で電極層を製造した。各工程は、特に記載している場合を除いて常温・大気中で行った。
以下の量のカーボンナノファイバ、ナノ炭素材としてのカーボンナノホーン、イオン液体、及びベースポリマーを混練した。
カーボンナノホーン:21mg
イオン液体:EMI−TfO 49.9mg
ベースポリマー:フィブリル化されたPTFE 1.6mg
ここで、ベースポリマーの重量は、カーボン材料の総重量の5.3%である。
ペレット化は、混練工程で混練した物質を60kg/cm2の圧力で20分間加圧することによって行った。
ペレット化工程で形成されたペレットから切り出すことによって膜状の電極層を形成した。
電解質層は以下の量のベースポリマーとイオン液体で構成した。
ベースポリマー:PVdF(ポリフッ化ビニリデン)100mg
イオン液体:EMI−TfO 100mg
電解質層:厚さ20μm
電極層(下側):厚さ220μm
サイズ:1辺25mmの平面視正方形
比較例1では、以下の条件で電極層を製造した。各工程は、特に記載している場合を除いて常温・大気中で行った。
以下の量のカーボンナノファイバ、ナノ炭素材としてのカーボンナノホーン、イオン液体、ベースポリマー、及び溶媒を容器内で撹拌した。
カーボンナノホーン:35mg
イオン液体:EMI−TfO 83.2mg
ベースポリマー:PVdF(ポリフッ化ビニリデン) 35mg
溶媒:DMAc(ジメチルアセトアミド) 6.4ml(ミリリットル)
ここで、ベースポリマーの重量は、カーボン材料の総重量の70%である。
キャスト法により、基材上に、撹拌工程を経た液体を5000μl(マイクロリットル)ずつ滴下して、厚さ約220μm、一辺25mmの平面視正方形の膜(シート)を形成し、これを50°Cに維持したホットプレート上に24時間載置して加熱し、さらに、80°Cに維持された真空チャンバ−内で乾燥させた。以上の工程により膜状の電極層を得た。
比較例2では、以下の条件で電極層を製造した。各工程は、特に記載している場合を除いて常温・大気中で行った。
以下の量のカーボンナノファイバ、ナノ炭素材としてのカーボンナノホーン、イオン液体、及びベースポリマーを混練した。
カーボンナノホーン:21mg
イオン液体:EMI−TfO 49.9mg
ベースポリマー:フィブリル化されたPTFE 3.2mg
ここで、ベースポリマーの重量は、カーボン材料の総重量の10.7%である。
実施例1と同じ条件でペレット化を行った。
実施例1と同じ条件でペレットを加圧して膜状の電極層を形成した。
電解質層及び高分子アクチュエータ素子は実施例1と同じ条件で作製した。
2 電解質層
3、4 電極層
5 基端部
6 固定支持部
7 先端部
Claims (10)
- 電解質層の両面に電極層がそれぞれ重ねられた高分子アクチュエータ素子であって、
前記電解質層は、ベースポリマーとイオン液体を有し、
前記電極層は、ベースポリマーとカーボン材料とイオン液体とを含み、
前記カーボン材料は、カーボンナノファイバとナノ炭素材を含んでおり、
前記ベースポリマーはフィブリル化されたPTFEであり、前記PTFEによって前記カーボン材料が絡みとるように保持されており、
前記ベースポリマーの重量は前記カーボン材料の総重量の3〜8%であることを特徴とする高分子アクチュエータ素子。 - 前記イオン液体の重量は前記カーボン材料の総重量の1.5〜2.5倍であることを特徴とする請求項1に記載の高分子アクチュエータ素子。
- 前記ナノ炭素材はカーボンナノホーンであり、フィブリル化された前記PTFEは、前記カーボンナノファイバおよび前記カーボンナノホーンよりも径が小さいことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の高分子アクチュエータ素子。
- 前記ナノ炭素材の重量は、前記カーボン材料の総重量の40〜80%であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の高分子アクチュエータ素子。
- 前記ナノ炭素材の重量は、前記カーボン材料の総重量の60〜70%であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の高分子アクチュエータ素子。
- 前記カーボンファイバは賦活処理によって表面積を大きくしたACNFであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の高分子アクチュエータ素子。
- ベースポリマーとカーボン材料とイオン液体とを含む高分子アクチュエータ素子用電極層であって、
前記カーボン材料がカーボンナノファイバとナノ炭素材を含んでおり、
前記ベースポリマーはフィブリル化されたPTFEであり、前記PTFEによって前記カーボン材料が絡みとるように保持されており、
前記ベースポリマーの重量は前記カーボン材料の総重量の3〜8%であることを特徴とする高分子アクチュエータ素子用電極層。 - ベースポリマーとカーボン材料とイオン液体とを含む高分子アクチュエータ素子用電極層の製造方法であって、
カーボンナノファイバとナノ炭素材とを含む前記カーボン材料に前記イオン液体を滴下し、その後に、ベースポリマーとしてフィブリル化されたPTFEを添加して混練を行う混練工程を有することを特徴とする高分子アクチュエータ素子用電極層の製造方法。 - 前記混練工程で混練した物質をペレット状にするペレット化工程と、
前記ペレット化工程において形成されたペレットを加圧して膜状に伸ばす膜状化工程と、を有することを特徴とする請求項8に記載の高分子アクチュエータ素子用電極層の製造方法。 - ベースポリマーとイオン液体とで形成された電解質層の両面に、請求項8又は請求項9に記載の製造方法で得られた電極層をそれぞれ重ねてプレスし、前記電極層を重ねる方向に切断して、高分子アクチュエータ素子を得ることを特徴とする高分子アクチュエータ素子の製造方法。
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