Creation of Liquid Crystal Actuators Based on Nanostructured Ionic Liquids

基于纳米结构离子液体的液晶驱动器的创建

基本信息

批准号：
21H02021
负责人：
吉尾正史
金额：
$ 11.23万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、液晶とイオンの自己組織化を用いて、触覚デバイス等への応用を指向した高速変形と強靭さを両立した低電圧駆動のイオン伝導型高分子アクチュエータを構築することである。以下の新材料開発に成功した。１）リチウムイオン伝導性低分子液晶を用いるアクチュエータの開発：双性イオン基を有する棒状化合物とリチウム塩との複合化により、室温で10-3 S/cmの高リチウムイオン伝導性を示す層状スメクチック液晶電解質を開発した。2枚の導電性高分子フィルムの間にこの液晶電解質を挟んだシンプルなアクチュエータ素子を作製し、2 V電圧で30 Hz高速振動を達成した。２）低分子液晶／高分子コンポジットアクチュエータの構築：双性イオン基を有する棒状化合物と非プロトン性イオン液体との自己組織化により、三次元イオン伝導が可能なカラムナー液晶材料が得られた。この液晶電解質とポリビニルアルコールを複合化することにより、伸縮性を有するカラム構造を保持した革新的な高分子エラストマーを構築した。導電性高分子電極と液晶／高分子コンポジットエラストマーからなる三層構造のアクチュエータは、2 V電圧を印加することで高速振動（0.1秒で1 mm振幅）を示すことを明らかにした。さらに、鏡面アルミ蒸着フィルムとアクチュエータを積層することにより、光制御用フレキシブル鏡を世界に先駆けて構築した。３）三次元伝導パスを有する光架橋液晶高分子アクチュエータの構築と触覚素子・ソフトロボット応用：光架橋性イオン液晶の設計により、高効率な三次元イオン伝導が可能な革新的フィルム電解質を開発した。これにより、超低電圧0.2 Vで駆動し、形状記憶機能を有する省エネルギー性アクチュエータの構築に成功した。電圧による精密な出力制御が可能な微小ピンセット、クラゲ運動を模倣したソフトロボット、プロトタイプの触覚素子を作製した。

这项研究的目的是利用液晶和离子的自组装来构造一种低压驱动的离子导电聚合物致动器，该致动器既具有高速变形性又具有韧性，适用于触觉设备等应用。我们成功开发了以下新材料。 1) 开发使用锂离子导电低分子液晶的致动器：通过将棒状化合物与两性离子基团和锂盐组合，在室温下表现出10-3S/cm的高锂离子导电率的层状近晶材料. 开发出液晶电解质。我们用夹在两层导电聚合物薄膜之间的液晶电解质制作了一个简单的致动器元件，并在 2 V 电压下实现了 30 Hz 的高速振动。 2）低分子液晶/聚合物复合致动器的构建：通过具有两性离子基团的棒状化合物与非质子离子液体的自组装，获得能够三维离子传导的柱状液晶材料。通过将这种液晶电解质与聚乙烯醇相结合，我们构建了一种创新的聚合物弹性体，可保持可拉伸的柱状结构。结果表明，由导电聚合物电极和液晶/聚合物复合弹性体组成的三层致动器在施加 2 V 电压时表现出高速振动（0.1 秒内振幅 1 mm）。此外，通过层压镜面铝蒸镀膜和致动器，我们能够制造出世界上第一款用于光控制的柔性镜子。 3）具有三维传导路径的光交联液晶聚合物致动器的构建及其在触觉元件和软机器人中的应用：通过设计可光交联离子液晶，我们开发了一种能够高效三维离子传导的创新薄膜电解质。。结果，我们成功构建了一种以 0.2 V 超低电压驱动并具有形状记忆功能的节能执行器。我们创建了可以使用电压精确控制输出的微镊子、模仿水母运动的软机器人以及原型触觉元件。