專利名稱：：導(dǎo)電性高分子致動器、其制造方法及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及能夠適用于家庭用機(jī)器人等的導(dǎo)電性高分子致動器、其制造方法及其驅(qū)動方法。特別是涉及利用電化學(xué)反應(yīng)的致動器及其制造方法。
背景技術(shù)：
：近年來，在醫(yī)療和家庭用的機(jī)器人領(lǐng)域中，小型且輕量、富有柔軟性的致動器的必要性逐漸增高。其原因在于，希望在家庭或辦公室、醫(yī)院等中幫助家務(wù)或幫助工作、以及幫助護(hù)理老年人或殘障人士等人的機(jī)器人活躍在人的周圍，用于使該機(jī)器人動作的致動器要求具有人的肌肉那樣的性質(zhì)(例如，即使接觸也不會受傷的安全性和即使碰撞也不會覺得疼痛的柔軟性等)。作為小型且輕量的致動器，靜電引力型、壓電型、超聲波式和形狀記憶合金式等已經(jīng)被實(shí)用化，然而，若使用無機(jī)材料，根據(jù)其動作原理不可能獲得富有柔軟性的致動器。因此，近年來，在各方面廣泛地進(jìn)行通過使用高分子等的有機(jī)材料實(shí)現(xiàn)輕量且富有柔軟性的致動器的嘗試。例如，有利用電場使凝膠彎曲的致動器(專利文獻(xiàn)l)、在介電性彈性體薄膜間施加強(qiáng)電場而使其變形的致動器(非專利文獻(xiàn)1)、通過氧化還原反應(yīng)使導(dǎo)電性高分子伸縮的致動器(專利文獻(xiàn)2)等。對利用電場使凝膠彎曲的方式的致動器而言，其產(chǎn)生應(yīng)力小，若不連續(xù)施加電場則不能保持彎曲性，因而存在消耗電力增多的問題。另外，對使用介電性彈性體薄膜的致動器而言，變形需要施加數(shù)百數(shù)千伏的高電壓，在用于家庭用機(jī)器人的情況下，存在因電壓過高而有觸電等危險(xiǎn)性的問題。另一方面，利用伴隨導(dǎo)電性高分子的氧化還原而產(chǎn)生的伸縮的導(dǎo)電性高分子致動器，具有以下的特征具有比較簡單的結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化，富有柔軟性，能夠在數(shù)伏的5低電壓下驅(qū)動，產(chǎn)生應(yīng)力也足夠大。利用導(dǎo)電性高分子的伸縮的彎曲型致動器，如圖2所示，為在固體電解質(zhì)膜的至少一個(gè)面上疊層導(dǎo)電性高分子膜的結(jié)構(gòu)。在圖2中，201為致動器元件，202a、202b為導(dǎo)電性高分子膜，203為固體電解質(zhì)膜，204a、204b為電極。在僅在固體電解質(zhì)膜的一個(gè)面上疊層導(dǎo)電性高分子膜的情況下，為了施加電壓，在固體電解質(zhì)膜的另一個(gè)面上形成金屬電極薄膜(對電極)。為了施加電壓，有時(shí)也在導(dǎo)電性高分子膜上形成金屬電極薄膜。并且，通過在導(dǎo)電性高分子膜與對電極之間、或在導(dǎo)電性高分子膜間施加規(guī)定的電壓，使疊層膜彎曲。可以認(rèn)為其彎曲的動作原理如下所述。即，通過施加電壓，導(dǎo)電性高分子發(fā)生氧化還原，伴隨該反應(yīng)，離子進(jìn)入導(dǎo)電性高分子膜中或從其中取出。由于該離子的出入，導(dǎo)致導(dǎo)電性高分子膜的體積發(fā)生變化，使其與不發(fā)生體積變化的固體電解質(zhì)膜疊層，所以致動器發(fā)生彎曲。在例如圖2的結(jié)構(gòu)中，在離子進(jìn)入上側(cè)的導(dǎo)電性高分子膜中、或離子從下側(cè)的導(dǎo)電性高分子膜中取出的情況下，致動器向下方彎曲；反之，在離子從上側(cè)的導(dǎo)電性高分子膜中取出、或離子進(jìn)入下側(cè)的導(dǎo)電性高分子膜中的情況下，致動器向上方彎曲。作為致動器所使用的導(dǎo)電性高分子，有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物(專利文獻(xiàn)2)。對導(dǎo)電性高分子致動器而言，作為其動作原理，利用離子伴隨著導(dǎo)電性高分子的電的氧化還原而在導(dǎo)電性高分子膜中的出入，因此，為了驅(qū)動該動作，需要電解質(zhì)作為離子供給源，而且，為了使其在空氣中動作，需要在室溫附近的溫度下具有足夠的離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)，近年研究制造出被命名為離子凝膠的材料。這種材料是使在離子液體中分散的聚合物或單體的至少任意一種凝膠化、并在凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中保持離子液體的材料，其具有柔軟性，并且在室溫下達(dá)到l(T2S/cm，為現(xiàn)有的聚醚系高分子固體電解質(zhì)的IOO倍以上的值(非專利文獻(xiàn)2)。此外，作為與本發(fā)明關(guān)聯(lián)的文獻(xiàn)，可以列舉專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)4。在專利文獻(xiàn)3中，公開了一種高分子致動器設(shè)備。而且，在其圖96及其說明中，公開了一種包括控制電極A(參考標(biāo)記203)、由導(dǎo)電性高分子構(gòu)成的電解位移部A(參考標(biāo)記201)、電解質(zhì)部(參考標(biāo)記202)、由導(dǎo)電性高分子構(gòu)成的電解位移部B(參考標(biāo)記201')和控制電極B(參考標(biāo)記203')構(gòu)成的高分子致動器裝置。并且，在專利文獻(xiàn)3的0077段中，記載了作為導(dǎo)電性高分子優(yōu)選聚噻吩的技術(shù)方案。在專利文獻(xiàn)3的0078段中，公開了作為高分子固體電解質(zhì)使用聚偏氟乙烯等氟系高分子或其共聚物的技術(shù)方案。并且，公開了可以在其基本骨架中導(dǎo)入磺酸。在專利文獻(xiàn)4中，公開了導(dǎo)電性高分子凝膠及其制造方法、致動器、離子導(dǎo)入用插入標(biāo)記及生物電極。并且，在專利文獻(xiàn)4的0069段(實(shí)施例7)中，公開了在聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚(乙烯磺酸)的膠質(zhì)分散液(簡寫為PEDOT/PSS)中添加聚乙二醇的技術(shù)方案。專利文獻(xiàn)1:日本特開平11-206162號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2006-050780號公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開2006-129541號公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本特開2005-145987號公報(bào)非專利文獻(xiàn)1:R.Pelrine，R.Kornbluh,Q.PeiandJ.Joseph:Science,287,836-839(2000)非專利文獻(xiàn)2:一才y性液體一開発O最前線<t未來_2003年(離子性液體一開發(fā)的最前沿和未來，2003年)，大野弘幸主編，CMC出版
發(fā)明內(nèi)容雖然在現(xiàn)有的導(dǎo)電性高分子致動器中使用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物作為導(dǎo)電性高分子，但是這些導(dǎo)電性高分子膜與由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜彼此之間的粘合性差。因此，在疊層導(dǎo)電性高分子膜和由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜形成彎曲型致動器的情況下，存在當(dāng)其動作時(shí)導(dǎo)電性高分子膜與由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜剝離的問題。本發(fā)明的目的在于，提高導(dǎo)電性高分子膜與由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜彼此之間的粘合性，提供一種即使反復(fù)動作也不會劣化的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器。本發(fā)明的目的還在于提供一種用于實(shí)現(xiàn)該致動器的制造方法。本發(fā)明提供一種導(dǎo)電性高分子致動器，其特征在于具有固體電解質(zhì)膜和在上述固體電解質(zhì)膜的至少一個(gè)面上的導(dǎo)電性高分子膜的疊層結(jié)構(gòu)，其中，上述固體電解質(zhì)膜由有機(jī)聚合物和離子液體的混合物構(gòu)成，上述有機(jī)聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一種以上，上述導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成，并且，上述導(dǎo)電性高分子膜中含有聚乙二醇。此外，本發(fā)明還提供一種導(dǎo)電性高分子致動器的制造方法，其特征在于該導(dǎo)電性高分子致動器具有固體電解質(zhì)膜和在上述固體電解質(zhì)膜的至少一個(gè)面上的導(dǎo)電性高分子膜的疊層結(jié)構(gòu)，其中，上述固體電解質(zhì)膜由有機(jī)聚合物和離子液體的混合物構(gòu)成，上述有機(jī)聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一種以上，上述導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成。上述導(dǎo)電性高分子致動器的制造方法，包括在上述導(dǎo)電性高分子膜中混合聚乙二醇的工序；和在上述固體電解質(zhì)膜的至少一個(gè)面疊層上述導(dǎo)電性高分子膜的工序。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電性高分子膜與由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜的粘合性提高，實(shí)現(xiàn)即使反復(fù)動作特性也不會降低的彎曲型動作的導(dǎo)電性高分子致動器。圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式的致動器的截面示意圖。圖2為現(xiàn)有的彎曲型致動器的截面示意圖。8符號說明101:致動器元件；102a:導(dǎo)電性高分子膜；102b:導(dǎo)電性高分子膜；103:固體電解質(zhì)膜；104a:電極；104b:電極；201:致動器元件；202a:導(dǎo)電性高分子膜；202b:導(dǎo)電性高分子膜；203:固體電解質(zhì)膜；204a:電極；204b:電極。具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的致動器的截面示意圖。致動器101由導(dǎo)電性高分子膜102a、102b、固體電解質(zhì)膜103的疊層體構(gòu)成，并以夾持導(dǎo)電性高分子膜102a、102b的一端的方式設(shè)置有電極105a、105b。通過在電極105a和電極105b之間施加幾伏的電壓，致動器101以由電極105a、105b夾持的部分作為固定部進(jìn)行彎曲動作。本發(fā)明所使用的導(dǎo)電性高分子具有共軛雙鍵，因此，TT電子在高分子整體中擴(kuò)散，提供電子導(dǎo)電性?？梢哉J(rèn)為通過高分子中摻雜的氧化劑與高分子中的兀電子的相互作用生成的極化子和雙極化子充當(dāng)電荷載流子，從而引起導(dǎo)電性高分子的導(dǎo)電。在本發(fā)明中，導(dǎo)電性高分子可以使用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物，但是優(yōu)選含有聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)，更優(yōu)選使用聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)與聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物。由于聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)能夠使該單體預(yù)先進(jìn)行化學(xué)聚合，所以僅通過在基板上涂布分散有該高分子的液體就能夠形成導(dǎo)電性高分子膜。因此，通過采用旋涂法或狹縫涂布法、棒涂法、浸漬涂布法、流延涂布法，能夠容易地在大面積的基板上實(shí)現(xiàn)均勻厚度的高分子膜。并且，制造方法也簡單，適于批量化生產(chǎn)。構(gòu)成上述導(dǎo)電性高分子的混合物的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)分別由下述化學(xué)式1和化學(xué)式2表示。聚乙烯二氧噻吩的特征在于，由于化學(xué)活性的五元環(huán)的卩位預(yù)先被氧修飾、非活性化，所以不易受到氧化劣化。另外，在混合物中，聚苯乙烯磺酸通過離子鍵與聚乙烯二氧噻吩牢固地結(jié)合。9[化學(xué)式1]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)為了提高導(dǎo)電性高分子膜與固體電解質(zhì)膜的粘合性，在導(dǎo)電性高分子中混入與該分子不同的有機(jī)分子是非常有效的。本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)特別是通過使用聚乙二醇作為有機(jī)分子，能夠顯著地提高其粘合性?；旌嫌芯垡叶嫉膶?dǎo)電性高分子膜可以采用下述方法制作制作在導(dǎo)電性高分子分散液或溶液中溶解有聚乙二醇的液體，并將其涂布在基板上，然后進(jìn)行干燥。作為聚乙二醇相對于導(dǎo)電性高分子分散液或溶液(導(dǎo)電性高分子固體含量為1重量％)的混合比例，優(yōu)選為0.05重量°/。10重量％，更優(yōu)選為0.1重量％5重量％。在混合比例低于該范圍時(shí)，不能獲得導(dǎo)電性高分子膜與由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜的粘合性提高的效果，在使制得的致動器動作時(shí)，導(dǎo)電性高分子膜與固體電解質(zhì)膜剝離，難以完成彎曲動作。另一方面，在混合比例高于該范圍時(shí)，難以得到導(dǎo)電性高分子的膜。雖然尚未清楚地明確決定導(dǎo)電性高分子膜與由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜之間的粘合性的機(jī)理，但是本發(fā)明的發(fā)明人根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)，盡管基于現(xiàn)象論，但仍發(fā)現(xiàn)由于導(dǎo)電性高分子膜表面對水的潤濕性的差異，粘合性發(fā)生很大的變化。并且可知通過在導(dǎo)電性高分子中混合與該高分子不同的有機(jī)分子，其潤濕性發(fā)生變化。例如，在僅為由PEDOT和PSS的混合物構(gòu)成的導(dǎo)電性高分子膜的情況下或在其中混合聚乙烯醇的情況下，制得的致動器的導(dǎo)電性高分子膜與由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜不粘合、難以進(jìn)行彎曲動作。此時(shí)的導(dǎo)電性高分子膜表面對純水的靜接觸角為41.1°以上。與此對照，在由PEDOT和PSS的混合物構(gòu)成的導(dǎo)電性高分子中混合聚乙二醇而制得的致動器，與由離子凝膠構(gòu)成的固體電解質(zhì)膜牢固地粘合，能夠進(jìn)行彎曲動作。此時(shí)高分子膜表面對純水的靜接觸角為35.5°以下。根據(jù)這些結(jié)果可以推測其原因在于在接觸角小于規(guī)定值的情況下，導(dǎo)電性高分子膜表面的極性基的密度為一定值以上，該極性基的密度影響與固體電解質(zhì)膜構(gòu)成分子之間的結(jié)合。本發(fā)明所使用的固體電解質(zhì)膜103是使在離子液體中分散的聚合物或單體的至少任意一種凝膠化、在凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中保持有離子液體的被命名為離子凝膠的材料，其具有柔軟性，并且在室溫下達(dá)到10々S/cm，為現(xiàn)有的聚醚系高分子固體電解質(zhì)的100倍以上的值。作為固體電解質(zhì)膜，可以單獨(dú)使用離子凝膠，也可以使離子凝膠含浸在紙或膜濾器等的多孔膜內(nèi)使用。離子液體是稱為常溫熔融鹽或也簡稱為熔融鹽等的物質(zhì)，是在包括常溫(室溫)在內(nèi)的范圍廣泛的溫度區(qū)間內(nèi)呈熔融狀態(tài)的鹽。在本發(fā)明中，可以使用公知的各種離子液體，但優(yōu)選在常溫(室溫)或接近常溫(室溫)的溫度下呈液體狀態(tài)且穩(wěn)定的離子液體。作為本發(fā)明中優(yōu)選使用的離子液體，可以例示由下述化學(xué)式3化學(xué)式6所示的陽離子和陰離子(X—)構(gòu)成的離子液體。[化學(xué)式3]R、+,,"、應(yīng)[化學(xué)式6]H+在上述化學(xué)式3化學(xué)式6中，R表示碳原子數(shù)為112的烷基或ii含有醚鍵且碳與氧的總數(shù)為312的烷基。在化學(xué)式3中，Ri表示碳原子數(shù)為14的垸基或氫原子。在化學(xué)式3中，優(yōu)選R與&不同。在化學(xué)式5和化學(xué)式6中，x分別為l4的整數(shù)。在本發(fā)明中，更優(yōu)選化學(xué)式3所示的咪唑鐵離子。作為陰離子(X—)，優(yōu)選選自四氟硼酸陰離子、六氟磷酸陰離子、雙(三氟甲垸磺酰)亞胺陰離子、高氯酸陰離子、三(三氟甲烷磺酰)碳酸陰離子、三氟甲垸磺酸陰離子、二氰胺陰離子、三氟乙酸陰離子、有機(jī)羧酸陰離子和鹵離子中的至少一種。作為為了制得作為離子凝膠的凝膠狀組合物而使用的有機(jī)聚合物，可以列舉偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)。另外，通過使單體(例如甲基丙烯酸甲酯，MMA)、交聯(lián)劑(例如乙二醇二甲基丙烯酸酯，EGDMA)、聚合引發(fā)劑(例如偶氮二異丁腈，AIBN)溶解在離子液體中、在離子液體中進(jìn)行聚合反應(yīng)而形成有機(jī)聚合物，也能夠制得作為離子凝膠的凝膠狀組合物。將上述離子液體與上述聚合物或單體的至少任意一種混合，調(diào)制離子凝膠前體，將其加熱，然后進(jìn)行冷卻，由此得到固體電解質(zhì)。但是，從強(qiáng)度和離子導(dǎo)電性的觀點(diǎn)出發(fā)，在離子液體和有機(jī)聚合物的情況下，重量比優(yōu)選為9:16:4，更優(yōu)選為8:27:3。另夕卜，在離子液體和單體的情況下，摩爾比優(yōu)選為3:77:3，更優(yōu)選為4:66:4。作為電極，只要是具有電子傳導(dǎo)性、不與導(dǎo)電性高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且容易進(jìn)行與導(dǎo)電性高分子的電子的授受即可，可以使用金、銀、鉑、銅、鉻等金屬以及含碳板。下面，列舉實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明的致動器，但本發(fā)明并不限于此。(實(shí)施例1)在丙酮清洗后進(jìn)行了氧等離子體處理的載玻片上，滴加規(guī)定量的溶解有5重量％的二甲亞砜(DMSO)和1重量％的聚乙二醇8000的12PEDOT與PSS的混合物的水分散液(Starck社生產(chǎn)，商品名為BAYTRONPH500)。然后，在室溫下自然千燥使溶劑揮發(fā)，在載玻片上形成導(dǎo)電性高分子膜。最后，使用剃刀，將導(dǎo)電性高分子膜從載玻片上剝離。所得的導(dǎo)電性高分子膜的平均厚度為10pm，用四探針法測得的電導(dǎo)率為300S/cm，對純水的靜接觸角為23.0°。[調(diào)制離子凝膠原料]對用于制作離子凝膠的離子液體而言，作為陽離子，使用乙基甲基咪唑鎿(EMI);作為陰離子，使用雙(三氟甲烷磺酰)亞胺[(CF3S02)2N_](TFSI)。作為混合的聚合物，使用偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。以重量比計(jì)，EMITFSI與P(VDF/HFP)的混合比為8:2。在混合后，使用磁力攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢?。以下，將該混合液稱為離子凝膠前體。將O.lmm厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)片裁斷為76mmX26mm的大小，使其與大小為76mmX26mm的載玻片貼緊，制作兩組。然后，使兩張PET片以隔開規(guī)定的間隔相對的方式夾住40pm厚的電容器隔板紙而制得的載玻片貼緊。此時(shí)，預(yù)先使離子凝膠前體含浸在電容器隔板紙中。然后，使用恒溫槽在10(TC加熱30分鐘，然后冷卻至室溫，由此制得厚度為40pm的離子凝膠含浸紙。由于PET片與離子凝膠含浸紙彼此之間的粘合性極低，所以能夠容易剝離。以下，將這里制得的離子凝膠含浸紙稱為電解質(zhì)離子凝膠。使導(dǎo)電性高分子膜對著電解質(zhì)離子凝膠的兩面重疊，使用恒溫槽在IO(TC加熱30分鐘，然后冷卻至室溫，由此形成導(dǎo)電性高分子膜/電解質(zhì)離子凝膠/導(dǎo)電性高分子膜的三層結(jié)構(gòu)體。將該三層結(jié)構(gòu)體裁斷為寬2.5mm、長15mm，在沿長度方向距離其一端部5mm的區(qū)域安裝寬2mm、長10mm的鉑電極，制得可動部長度為10mm的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器。利用使用激光位移儀的三角測定，評價(jià)彎曲位移量。三角測定的測定點(diǎn)為沿長度方向距離電極安裝部5mm的位置。向該致動器施加士1.0V的電壓時(shí)，在電解質(zhì)離子凝膠-導(dǎo)電性高分13子膜界面未發(fā)生剝離，進(jìn)行響應(yīng)施加電壓的彎曲動作。將以lHz的矩形波驅(qū)動時(shí)的位移量表示于表1。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表1表示，該結(jié)構(gòu)的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的導(dǎo)電性高分子膜與固體電解質(zhì)膜的粘合性優(yōu)異，能夠長期動作。(實(shí)施例2)[制作混合有有機(jī)分子的導(dǎo)電性高分子膜]在丙酮清洗后進(jìn)行了氧等離子體處理的硅基板上，滴加規(guī)定量的溶解有5重量％的N-甲基吡咯垸酮(NMP)和5重量％的聚乙二醇8000的PEDOT與PSS的混合物的水分散液(Starck社生產(chǎn)，商品名為BAYTRONPH500)。然后，在室溫下自然干燥使溶劑揮發(fā)，在硅基板上形成導(dǎo)電性高分子膜。最后，將硅基板浸漬在50體積％的氫氧化鉀水溶液中，將導(dǎo)電性高分子膜從基板上剝離。所得的導(dǎo)電性高分子膜的平均厚度為8拜，用四探針法測得的電導(dǎo)率為280S/cm，對純水的靜接觸角為25.1°。對用于制作離子凝膠的離子液體而言，作為陽離子，使用丁基甲基咪唑鐵(BMI);作為陰離子，使用六氟磷酸陰離子(PF6—)。作為混合的聚合物，使用偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。以重量比計(jì)，EMITFSI與P(VDF/HFP)的混合比為8:2。在混合后，使用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?。以下，將該混合液稱為離子凝膠前體。[制作電解質(zhì)離子凝膠]將O.lmm厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)片裁斷為76mmX26mm的大小，使其與大小為76mmX26mm的載玻片貼緊，制作兩組。然后，使兩張PET片以隔開規(guī)定的間隔相對的方式夾住40pm厚的電容器隔板紙而制得的載玻片貼緊。此時(shí)，預(yù)先使離子凝膠前體含浸在電容器隔板紙中。然后，使用恒溫槽在100。C加熱30分鐘，然后冷卻至室溫，由此制得厚度為4(Him的離子凝膠含浸紙。由于PET片與離子凝膠含浸紙彼此之間的粘合性極低，所以能夠容易剝離。以下，將這里制得的離子凝膠含浸紙稱為電解質(zhì)離子凝膠。[疊層電解質(zhì)離子凝膠-導(dǎo)電性高分子膜]使導(dǎo)電性高分子膜對著電解質(zhì)離子凝膠的兩面重疊，使用恒溫槽在IO(TC加熱30分鐘，然后冷卻至室溫，由此形成導(dǎo)電性高分子膜/電解質(zhì)離子凝膠/導(dǎo)電性高分子膜的三層結(jié)構(gòu)體。將該三層結(jié)構(gòu)體裁斷為寬2.5mm、長15mm，在沿長度方向距離其一端部5mm的區(qū)域安裝寬2mm、長10mm的鉑電極，制得可動部長度為10mm的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器。向該致動器施加士1.0V的電壓時(shí)，在電解質(zhì)離子凝膠-導(dǎo)電性高分子膜界面未發(fā)生剝離，進(jìn)行響應(yīng)施加電壓的彎曲動作。將以1Hz的矩形波驅(qū)動時(shí)的位移量表示于表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表2表示，該結(jié)構(gòu)的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的導(dǎo)電性高分子膜與固體電解質(zhì)膜的粘合性優(yōu)異，能夠長期動作。(實(shí)施例3)溶解0.05重量％、0.1重量％、0.5重量°/。、5重量％、10重量％的聚乙二醇8000，除此之外，與實(shí)施例l同樣操作，制得彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器。向這些致動器施加土1.0V的電壓時(shí)，在電解質(zhì)離子凝膠-導(dǎo)電性高分子膜界面未發(fā)生剝離，進(jìn)行響應(yīng)施加電壓的彎曲動作。作為位移量，利用1Hz的矩形波，初始的10次平均位移量為0.50mm以上。這些致動器在與實(shí)施例1和實(shí)施例2同樣地長期連續(xù)驅(qū)動中，也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行彎曲動作。另一方面，溶解有20重量％的聚乙二醇8000的分散液形成的膜質(zhì)非常脆，無法與實(shí)施例1同樣操作制得彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器。[表3]<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>(比較例1)在丙酮清洗后進(jìn)行了氧等離子體處理的載玻片上，滴加規(guī)定量的溶解有5重量％的二甲亞砜(DMSO)的PEDOT與PSS的混合物的水分散液(Starck社生產(chǎn)，商品名為BAYTRONPH500)。然后，在室溫下自然干燥使溶劑揮發(fā)，在載玻片上形成導(dǎo)電性高分子膜。最后，使用剃刀，將導(dǎo)電性高分子膜從載玻片上剝離。所得膜對純水的靜接觸角為45.5°。使導(dǎo)電性高分子膜重疊在與實(shí)施例1同樣操作制作的電解質(zhì)離子凝膠的兩面，使用恒溫槽在IOO'C加熱30分鐘，然后冷卻至室溫，從而使電解質(zhì)離子凝膠與導(dǎo)電性高分子膜粘合，形成三層結(jié)構(gòu)體。將該三層結(jié)構(gòu)體裁斷為寬2.5mm、長15mm，在沿長度方向距離其一端部5mm的區(qū)域安裝寬2mm、長10mm的鉑電極，制得可動部長度為10mm的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器。該致動器的電解質(zhì)離子凝膠與導(dǎo)電性高分子膜的粘合性極低，在施加士1.0V的電壓時(shí)，在電解質(zhì)離子凝膠-導(dǎo)電性高分子膜界面發(fā)生剝離，不能進(jìn)行響應(yīng)施加電壓的彎曲動作，作為位移量，利用1Hz的矩形波，初始的10次平均位移量為0.05mm以下。(表3)(比較例2)在丙酮清洗后進(jìn)行了氧等離子體處理的硅基板上，滴加規(guī)定量的溶解有5重量％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)的PEDOT與PSS的混合物的水分散液(Starck社生產(chǎn)，商品名為BAYTRONPH500)。然后，在室溫下自然干燥使溶劑揮發(fā)，在硅基板上形成導(dǎo)電性高分子膜。最后，將硅基板浸漬在50體積％的氫氧化鉀水溶液中，將導(dǎo)電性高分子膜從基板上剝離。所得的導(dǎo)電性高分子膜對純水的靜接觸角為41.1°。使導(dǎo)電性高分子膜重疊在與實(shí)施例2同樣操作制作的電解質(zhì)離子凝膠的兩面，使用恒溫槽在10(TC加熱30分鐘，然后冷卻至室溫，從而使導(dǎo)電性高分子膜與電解質(zhì)離子凝膠粘合，形成三層結(jié)構(gòu)體。將該三層結(jié)構(gòu)體裁斷為寬2.5mm、長15mm，在沿長度方向距離其一端部5mm的區(qū)域安裝寬2mm、長10mm的鉑電極，制得可動部長度為10mm的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器。該致動器的電解質(zhì)離子凝膠與導(dǎo)電性高分子膜的粘合性極低，在施加士1.0V的電壓時(shí)，在電解質(zhì)離子凝膠-導(dǎo)電性高分子膜界面發(fā)生剝離，不能進(jìn)行響應(yīng)施加電壓的彎曲動作，作為位移量，利用1Hz的矩形波，初始的10次平均位移量為0.05mm以下。(表3)(比較例3)在丙酮清洗后進(jìn)行了氧等離子體處理的載玻片上，滴加規(guī)定量的溶解有5重量％的二亞甲砜(DMSO)和1重量％的聚乙烯醇22000的PEDOT與PSS的混合物的水分散液(Starck社生產(chǎn)，商品名為BAYTRONPH500)。然后，在室溫下自然干燥使溶劑揮發(fā)，在載玻片上形成導(dǎo)電性高分子膜。最后，使用剃刀，將導(dǎo)電性高分子膜從載玻片上剝離。所得的膜對純水的靜接觸角為60.4。。使導(dǎo)電性高分子膜重疊在與實(shí)施例1同樣操作制作的電解質(zhì)離子凝膠的兩面，使用恒溫槽在IO(TC加熱30分鐘，然后冷卻至室溫，從而使電解質(zhì)離子凝膠與導(dǎo)電性高分子膜粘合，形成三層結(jié)構(gòu)體。將該三層結(jié)構(gòu)體裁斷為寬2.5mm、長15mm，在沿長度方向距離其一端部5mm的區(qū)域安裝寬2mm、長10mm的鉑電極，制得可動部長度為10mm的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器。該致動器的電解質(zhì)離子凝膠與導(dǎo)電性高分子膜的粘合性極低，在施加士1.0V的電壓時(shí)，在電解質(zhì)離子凝膠-導(dǎo)電性高分子膜界面發(fā)生剝離，不能進(jìn)行響應(yīng)施加電壓的彎曲動作，作為位移量，利用1Hz的矩形波，初始的10次平均位移量為0.05mm以下。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，能夠簡便地制造小型且輕量、富有柔軟性的高可靠性的致動器，能夠適用于醫(yī)療、工業(yè)以及家庭用的機(jī)器人或者微型機(jī)械等領(lǐng)域。1權(quán)利要求1.一種彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器，其特征在于該彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器由依次疊層有第一電極、固體電解質(zhì)膜、導(dǎo)電性高分子膜和第二電極的疊層體構(gòu)成，所述固體電解質(zhì)膜由有機(jī)聚合物和離子液體的混合物構(gòu)成，所述有機(jī)聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一種以上，所述導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成，并且，所述導(dǎo)電性高分子膜中含有聚乙二醇。2.如權(quán)利要求1所述的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器，其特征在于在所述第一電極和所述固體電解質(zhì)膜之間具有第二導(dǎo)電性高分子膜，所述第二導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成，并且，所述第二導(dǎo)電性高分子膜中含有聚乙二醇。3.如權(quán)利要求1所述的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器，其特征在于所述有機(jī)聚合物是所述偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。4.一種彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的制造方法，其特征在于該彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器由依次疊層有第一電極、固體電解質(zhì)膜、導(dǎo)電性高分子膜和第二電極的疊層體構(gòu)成，所述固體電解質(zhì)膜由有機(jī)聚合物和離子液體的混合物構(gòu)成，所述有機(jī)聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一種以上，所述導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成，并且，所述導(dǎo)電性高分子膜中含有聚乙二醇，所述彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的制造方法包括在所述導(dǎo)電性高分子膜中混合聚乙二醇的工序；和在所述固體電解質(zhì)膜的至少一個(gè)面疊層所述導(dǎo)電性高分子膜的工序。5.如權(quán)利要求4所述的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的制造方法，其特征在于在所述第一電極和所述固體電解質(zhì)膜之間具有第二導(dǎo)電性高分子膜，所述第二導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成，并且，所述第二導(dǎo)電性高分子膜中含有聚乙二醇，在疊層所述導(dǎo)電性高分子膜的工序中，通過在所述固體電解質(zhì)膜的兩面疊層所述導(dǎo)電性高分子膜，形成所述導(dǎo)電性絕緣膜和所述第二導(dǎo)電性絕緣膜。6.如權(quán)利要求4所述的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的制造方法，其特征在于所述有機(jī)聚合物是所述偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。7.—種彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的驅(qū)動方法，其特征在于該彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器由依次疊層有第一電極、固體電解質(zhì)膜、導(dǎo)電性高分子膜和第二電極的疊層體構(gòu)成，所述固體電解質(zhì)膜由有機(jī)聚合物和離子液體的混合物構(gòu)成，所述有機(jī)聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一種以上，所述導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成，并且，所述導(dǎo)電性高分子膜中含有聚乙二醇，所述彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的驅(qū)動方法包括在所述第一電極與所述第二電極之間施加電位差的工序。8.如權(quán)利要求7所述的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的驅(qū)動方法，其特征在于-在所述第一電極和所述固體電解質(zhì)膜之間具有第二導(dǎo)電性高分子膜，所述第二導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成，并且，所述第二導(dǎo)電性高分子膜中含有聚乙二醇。9.如權(quán)利要求7所述的彎曲型導(dǎo)電性高分子致動器的驅(qū)動方法，其特征在于所述有機(jī)聚合物是所述偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]。全文摘要本發(fā)明的目的在于提高導(dǎo)電性高分子膜與固體電解質(zhì)膜彼此之間的粘合性、可靠地完成彎曲型動作的導(dǎo)電性高分子致動器的動作。本發(fā)明的導(dǎo)電性高分子致動器具有固體電解質(zhì)膜和在上述固體電解質(zhì)膜的至少一個(gè)面上的導(dǎo)電性高分子膜的疊層結(jié)構(gòu)，其中，上述固體電解質(zhì)膜由有機(jī)聚合物和離子液體的混合物構(gòu)成，上述有機(jī)聚合物含有偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF/HFP)]、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸/PTFE共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一種以上，上述導(dǎo)電性高分子膜由聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物構(gòu)成，并且，上述導(dǎo)電性高分子膜中含有聚乙二醇。文檔編號H02N11/00GK101657961SQ20088000219公開日2010年2月24日申請日期2008年4月4日優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日發(fā)明者工藤祐治申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社