JPWO2013147031A1 - 炭素電極を用いたアクチュエータ素子 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年3月30日に出願された、日本国特許出願第2012−79763号明細書(その開示全体が参照により本明細書中に援用される)に基づく優先権を主張する。
ナノカーボン材料:
5〜90重量%、好ましくは10〜70重量%、より好ましくは15〜50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(SWCNT)とイオン液体(IL)、ポリマー[粉末状PVDF(HFP)]、有機分子を分散させて、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。
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。
製造したアクチュエータ素子の変位応答性の評価は、図2に示した装置を用いて行った。アクチュエータ素子を、幅1mm×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。
製造した導電性薄膜の導電率は四端子法により求めた。また、ヤング率は応力−ひずみ測定により求めた。
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(kynar2801)及び電子供与性有機分子(TTF)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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4/TTF=50.7mg/80.1mg/120.8mg/50.7mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子(TCNQ)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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4/TCNQ=50.2mg/80.2mg/120.8mg/50.6mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(kynar2801)及び有機分子(TTF、TCNQ)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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4/TTF/TCNQ=50.7mg/80.1mg/120.1mg/25.1mg/25.0mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(kynar2801)及び電子供与性有機分子(フェノチアジン)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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4/フェノチアジン=50.4mg/80.2mg/120.1mg/50.1mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子(TCNQ)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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4/TCNQ=50.2mg/80.2mg/120.8mg/25.0mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子(クロラニル)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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4/クロラニル=50.2mg/80.2mg/120.8mg/50.0mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子(ブロマニル)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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4/ブロマニル=50.2mg/80.2mg/120.8mg/50.1mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子(PMDA)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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4/PMDA=50.2mg/80.2mg/120.8mg/50.3mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下に、用いた有機分子の構造を示す。
以下の比率で、カーボンナノチューブ(CNT)、イオン液体(EMIBF4)、ポリマー(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製造した。
電極:CNT/kynar2801/EMIBF4=50.2mg/80.0mg/125.6mg
電解質:kynar2801/EMIBF4=206.2mg/208.3mg
実施例1〜8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、耐久性、電極膜の特性の評価を行った。得られた結果を、図3〜図7及び表1〜表3に示す。
2 導電性薄膜層
3 導電層
Claims (11)
- 電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機分子、ナノカーボン材料、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。
- ナノカーボン材料が、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン及びカーボンナノファイバーからなる群から選ばれる、請求項1に記載の導電性薄膜。
- 前記ナノカーボン材料、前記イオン液体及び前記ポリマーの合計量100重量部に対し、前記有機分子が3〜80重量部含まれる、請求項1に記載の導電性薄膜。
- 前記ナノカーボン材料、前記イオン液体及び前記ポリマーの合計量100重量部に対し、前記有機分子が15〜40重量部含まれる、請求項3に記載の導電性薄膜。
- 前記有機分子として、電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子の両方を含む、請求項1記載の導電性薄膜。
- 前記有機分子として、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)を含む、請求項1に記載の導電性膜。
- 前記ナノカーボン材料50重量部に対して、テトラシアノキノジメタンを20〜100重量部含有する、請求項6に記載の導電性膜。
- 導電添加剤をさらに含む、請求項1に記載の導電性薄膜。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の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から構成される1又は2以上の電解質膜を積層してなる積層体。
- 請求項9の積層体からなるアクチュエータ素子。
- イオン液体およびポリマーから構成される電解質膜の表面に、請求項1に記載の導電性薄膜からなる導電性薄膜層が互いに絶縁状態で少なくとも2個電極として形成され、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請求項10に記載のアクチュエータ素子。
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