イオン液体を包括させた高分子イオンゲルアクチュエタ材料の開発

含离子液体的聚合物离子凝胶致动器材料的研制

基本信息

批准号：
17040016
负责人：
渡邉正義
金额：
$ 4.61万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

イオン液体を高分子網目中に閉じ込めた「イオンゲル」を電解質に用い、両面に電極を装着することで高分子アクチュエータに適用してきた。イオンゲルの作製法として、網目高分子をイオン液体中で合成する「その場重合法」、高分子のゾルゲル転移を利用した「ゾルゲル法」を見出した。さらに種々の炭素材料を電極に用いアクチュエータ特性(変位量、変位速度、周波数依存性、繰り返し特定など)を検討した結果、炭素電極は、表面積が大きく、電子伝導性が高く、アスペクト比の大きな形状を持つことが望まれることを見出した。これはこのアクチュエータの動作原理とイオンゲル/炭素電極界面に形成される電気二重層の充放電現象が密接に係わっているためである。カーボンナノチューブは上記特性を満足するが高価である。カーボンナノチューブと安価で非常に表面積の広い活性炭を併用することにより、比較的特性の優れたアクチュエータを創製することができた。今年度はアクチュエータの動作原理の検討に特に力点を置いた。電解質であるイオン液体構造を変化させた結果、イオン伝導度が高いイオン液体を含むイオンゲルアクチュエータが、大きな変位を示すことを明らかにした。またイオン液体を構成するイオンのサイズに関わらず、全て陽極方向に変位する現象を見出した。これに対応して、電極/電解質界面に形成される電気二重層容量が常にカチオン分極の場合の方が大きいことを見出した。アクチュエータの駆動力は、この電気二重層容量の違いが界面の状態を陽極側、陰極側で相違させることに起因すると考察した。さらに、新しいイオンゲルの作製法として、イオン液体に対して親和性のあるセグメントと親和性のないセグメントからなるABA型ブロック共重合体を合成してイオンゲル化を検討した結果、イオン液体が親和性のあるセグメントに選択的に相溶した海島構造を形成し、熱可塑性弾性体として得られることを見出した。

我们通过使用“离子凝胶”（一种被困在聚合物网络中的离子液体）作为电解质并将电极应用于聚合物致动器，并将电极附着在两侧。作为离子凝胶的制造方法，我们发现了在离子液体中合成网状聚合物的“原位聚合法”和利用溶胶-凝胶的“溶胶-凝胶法”聚合物的转变。此外，通过研究使用各种碳材料作为电极的致动器特性（位移量、位移速度、频率依赖性、重复规格等），我们发现碳电极具有大表面积、高电子传导性和我们发现具有大纵横比的形状是可取的。这是因为该执行器的工作原理与离子凝胶/碳电极界面处形成的双电层的充放电现象密切相关。尽管碳纳米管满足上述特性，但它们价格昂贵。通过将碳纳米管与廉价且表面积非常大的活性炭一起使用，我们能够制造出具有相对优异特性的致动器。今年，我们特别重视执行器工作原理的研究。通过改变作为电解质的离子液体的结构，可知含有高离子电导率的离子液体的离子凝胶致动器表现出大的位移。我们还发现，无论组成离子液体的离子大小如何，它们都会向阳极移动。相应地，我们发现在阳离子极化的情况下，电极/电解质界面处形成的双电层电容总是较大。致动器的驱动力被认为是由于双电层电容的差异导致阳极侧和阴极侧之间的界面态不同的事实。此外，作为一种生产离子凝胶的新方法，我们合成了一种由对离子液体具有亲和力的链段和不具有亲和力的链段组成的ABA型嵌段共聚物，发现海岛结构可以选择性地与特定链段相容。作为热塑性弹性体而形成并获得。