Creation of Liquid Crystal Actuators Based on Nanostructured Ionic Liquids

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。

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。