JP6619875B2 - 積層構造体、高分子アクチュエータ素子、センサ素子、および機器 - Google Patents
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Description
しかしながら、高分子アクチュエータ素子の電解質として、安全性と動作効率等に優れることから一般的に使用されるイオン液体は、高分子アクチュエータ素子における通常想定される使用環境温度範囲(−5℃〜45℃)内またはその近傍に融点を有する。このため、融点付近以下の温度では粘度上昇に伴う高分子アクチュエータ素子の動作特性の低下が生じてしまう。
本発明は、上記の積層構造体を備える高分子アクチュエータ素子およびセンサ素子、ならびにこれらの素子を備える機器を提供することも目的とする。
Tmm1≦Tmm≦Tmm1+(Tm1−Tmm1)/2
(ここで、Tmm1は、前記混合イオン液体を構成する前記複数のイオン液体の配合量を変化させて得られる混合イオン液体のうち、融点が最も低い第1混合イオン液体の融点である。)
Tmm1≦Tmm≦Tmm1+(Tm1−Tmm1)/2
実施例1では、以下の条件で、積層構造体からなる高分子アクチュエータ素子を製造した。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。
i)第2混練工程
下記カーボン材料にベースポリマーを添加して混練を行い、混練物を得た。
カーボン材料:活性炭およびカーボンブラック
ベースポリマー:Fb−PTFE
上記の混練工程により得られた混練物を、ペレタイザーを用いて加圧することによってペレットを得た。
上記のペレット化工程で得られたペレットを一方向に偏って延伸させ、厚さ200μmの膜状体を得た。
上記で得られた膜状体に下記の混合イオン液体1を適量滴下することで含浸させ、炭素含有フィルムを作製した。
イオン液体:EMI−TfOとBMI−TfOとからなる混合イオン液体1であって、配合比率(混合イオン液体1全体に対するEMI−TfOの配合量の重量比率)が75%であるもの
i)積層工程
以下の構成の電解質層(厚さ:20μm)を用意した。
ベースポリマー:ポリフッ化ビニリデン(PVdF)100mg
イオン液体:上記の混合イオン液体1 100mg
得られた電解質層の主面のそれぞれに、上記の混合イオン液体1を含浸させた炭素含有フィルムからなる電極層の主面が対向するように、2つの電極層と電解質層とを積層した。具体的には、一方の電極層(厚さ:200μm)を平面上に載置し、その上に電解質層を載置し、さらに他方の電極層(厚さ:200μm)を載置した。得られた積層部材を加圧することにより一体化して、厚さ420μmの積層体を得た。ここで、積層した2つの電極層は、それぞれに含有されるFb−PTFEの配向が揃うように配置した。
上記の積層工程により得られた積層体の積層方向に沿う方向に、切断刃を用いて積層体を切断して、平面視形状が5mm×10mmの長方形の積層構造体からなる高分子アクチュエータ素子を得た。
実施例1における上記の混合イオン液体1に代えて、EMI−TfOからなるイオン液体を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、高分子アクチュエータ素子を得た。
実施例1における上記の混合イオン液体1に代えて、BMI−TfOからなるイオン液体を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、高分子アクチュエータ素子を得た。
実施例および比較例において作製した高分子アクチュエータ素子を、所定の環境温度と等しい温度となるように、無通電の状態で10分間放置した。その後、高分子アクチュエータ素子に対して5分間通電して、高分子アクチュエータ素子を駆動させたことによる発熱の影響を低減させてから変位量を測定し、測定された値をその環境温度での変位量とした。この測定を、−20℃から40℃の範囲まで10℃ごとに行った。得られた測定結果のうち、比較例1において作製した高分子アクチュエータ素子における環境温度が20℃の場合の変位量を基準(0dB)として他の測定結果を規格化し、実施例および比較例において作製した高分子アクチュエータ素子のそれぞれについて、変位量の環境温度依存性プロファイルを得た。得られた各プロファイルを図3に示した。
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)
- 電解質層と、前記電解質層の2つの主面のそれぞれの上に設けられた電極層とを備える積層構造体であって、
電解質層は、複数のイオン液体を含有する混合イオン液体および電解質用ベースポリマーを備え、
前記電極層は、いずれも、ベースポリマーとカーボン材料と前記混合イオン液体とを備え、
前記混合イオン液体の融点Tmmは、前記複数のイオン液体のうち、融点が最も低い第1イオン液体の融点Tm1よりも低く、
前記混合イオン液体の融点Tmmと前記第1イオン液体の融点Tm1とは、下記式を満たすことを特徴とする積層構造体。
Tmm1≦Tmm≦Tmm1+(Tm1−Tmm1)/2
(ここで、Tmm1は、前記混合イオン液体を構成する前記複数のイオン液体の配合量を変化させて得られる混合イオン液体のうち、融点が最も低い第1混合イオン液体の融点である。) - 電解質層と、前記電解質層の2つの主面のそれぞれの上に設けられた電極層とを備える積層構造体であって、
電解質層は、複数のイオン液体を含有する混合イオン液体および電解質用ベースポリマーを備え、
前記電極層は、いずれも、ベースポリマーとカーボン材料と前記混合イオン液体とを備え、
前記混合イオン液体の融点Tmmは、前記複数のイオン液体のうち、融点が最も低い第1イオン液体の融点Tm1よりも低く、
前記混合イオン液体は、トリフレート系アニオンを含み、
前記混合イオン液体は、1‐エチル‐3‐メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート(EMI−TfO)および1‐ブチル‐3‐メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート(BMI−TfO)を含有し、
前記混合イオン液体に含有される、1‐エチル‐3‐メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート(EMI−TfO)の重量の1‐ブチル‐3‐メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート(BMI−TfO)の重量の比は、1.5以上4以下であることを特徴とする積層構造体。 - 前記混合イオン液体は、複数種類のカチオンを含む、請求項1または2に記載の積層構造体。
- 前記混合イオン種は、複数種類のイミダゾリウム系カチオンを含む、請求項3に記載の積層構造体。
- 前記電極層はカーボン材料を含有し、前記カーボン材料の重量に対する前記混合イオン液体の重量の比は0.5以上3以下である、請求項1から4のいずれか一項に記載の積層構造体。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載される積層構造体を備える高分子アクチュエータ素子。
- 請求項6に記載される高分子アクチュエータ素子を可動部として備える機器。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載される積層構造体を備えるセンサ素子。
- 請求項8に記載されるセンサ素子を計測部として備える機器。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載される積層構造体を備え、前記積層構造体をアクチュエータ素子として機能させることおよびセンサ素子として機能させることが可能な機器。
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