気体分子の吸脱着にシンクロナイズして高速変形する高分子材料の開発

开发与气体分子的吸附和解吸同步高速变形的高分子材料

• 批准号: 13022227
• 负责人: 奥崎 秀典
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 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: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13022227/
• 关键词: ポリピロールフィルム; 導電性高分子; アクチュエータ; 人工筋肉; 湿度変化; 空中作動型; 吸脱着; 高速変形; 湿度

ポリピロールフィルム(長さ35mm,幅5mm)に直流電圧を繰り返し印加したときの伸縮挙動を調べた。フィルムの伸縮はてこの原理を応用した装置を用い,ビーム末端の位置変化をレーザー変位計で測定している。2Vを30秒電圧印加することによりフィルムは約0.9%(0.32mm)収縮し,これが可逆的に起こることがわかった。伸縮率は溶液中でのドープ・脱ドープによる値と同程度であるが,フィルムの伸縮は空気中で起こり,電解液や対電極,レドックスガスは不要である。さらに長時間電圧印加したときのフィルムの伸縮挙動.電流値,表面温度およびフィルム近傍の湿度変化を調べたところ,フィルムの収縮率は数分でほぼ一定(1.2%)になった。このときの電流値は50mAであり,フィルム表面温度は25℃から32℃に上昇する。興味深いことに,電圧印加によりフィルム近傍の相対湿度が急激に上昇することがわかった。これはフィルムに吸着している水分子が電圧印加によって吐き出されたことを意味している。一方,電圧を切つた直後に相対湿度が急激に減少するのは,周囲の空気中から水蒸気がフィルムに再吸着するためと考えられる。長時間の電圧印加により相対湿度が低下するのは,フィルム近傍の温度が上昇したためである。実際,電場下における絶対湿度は時間とともに元の値まで回復する。ここで,電圧印加による湿度変化とフィルムの伸縮挙動がよく一致していることから,フィルムの収縮が水蒸気の脱着に基づくことがわかる。このように.ポリピロールフィルムは電圧のオン・オフに応答してあたかも呼吸をするかのように,水蒸気を吐いたり吸ったりして伸縮するというユニークな性質をもつことが明らかになった。これに対し,真空中において電圧印加によりフィルムが逆に伸びるのは,高分子鎖の熱膨張によるものと考えられる。これらの結果から,空気中におけるフィルムの電気収縮メカニズムは次のように考えられる。まず始めに,フィルムを空気中に放置すると吸湿により体積は膨張する。電圧印加によるジュール加熱によりフィルムはわずかに熱膨張するが,高分子鎖上に吸着している水分子が熱を吸収し脱着するためにフィルムは収縮する。ここで,印加電圧が低い場合は脱水による収縮が支配的であるが,印加電圧の増加とともに熱膨張の寄与が大きくなる。その他にも,電圧印加によるポリピロール鎖の構造変化や水分子との相互作用変化なども考えられる。

ポ リ ピ ロ ー ル フ ィ ル ム (さ 35 mm long and 5 mm) に dc 圧 を Qiao り return し Inca し た と き の telescopic 挙 motion を べ た. フ ィ ル ム の telescopic は て こ の principle を 応 with し た device を い, ビ ー ム の position at the end - the を レ ー ザ ー - potentiometer で determination し て い る. 2 v を 30 seconds electricity 圧 Inca す る こ と に よ り フ ィ ル ム は about 0.9% (0.32 mm) 収 し, こ れ が reversible に up こ る こ と が わ か っ た. Expansion rate は solution で の ド ー プ · ド off ー プ に よ る numerical と with degree で あ る が, フ ィ ル ム の telescopic は で up in empty 気 こ り, electrolyte や electrodes, seaborne レ ド ッ ク ス ガ ス は don't で あ る. Youdaoplaceholder0 long-term electrocompression printing followed by たと たと フィ フィ ム ム 挙 extension and retraction 挙. On current numerical, surface temperature お よ び フ ィ ル ム を nearly alongside の humidity - adjustable べ た と こ ろ, フ ィ ル ム の 収 shrinkage は several points で ほ ぼ certain (1.2%) に な っ た. <s:1> と と と <s:1> <s:1> current value <e:1> 50mAであ であ,フィ ム ム ム surface temperature <s:1> 25℃ ら ら32℃に rise する. Interest as deep い こ と に, electricity 圧 Inca に よ り フ ィ ル ム nearly alongside rising humidity が seaborne nasty shock に す の phase る こ と が わ か っ た. こ れ は フ ィ ル ム に sorption し て い る が electric water molecules 圧 Inca に よ っ て emits き さ れ た こ と を mean し て い る. Cut side, electric 圧 を つ た straight after に phase humidity が seaborne nasty shock に reduce す る の は, weeks 囲 の in empty 気 か ら steam 気 が フ ィ ル ム に again sorption す る た め と exam え ら れ る. For a long time, the <s:1> electrocompression printing process is applied with a によ によ relative humidity that is が low, する <s:1> が,フィ and ム, and the nearby <s:1> temperature that is が rising, which is たためである. In reality, under an electric field, における absolute humidity における time とと <s:1> に に <s:1> value まで reply する. こ こ で, electricity 圧 Inca に よ る humidity variations change と フ ィ ル ム の telescopic 挙 dynamic が よ く consistent し て い る こ と か ら, フ ィ ル ム の 収 shrinkage が water steam 気 の off the に base づ く こ と が わ か る. こ の よ う に. ポ リ ピ ロ ー ル フ ィ ル ム は electric 圧 の オ ン · オ フ に 応 answer し て あ た か も breathing を す る か の よ う に, steam 気 を spit い た り suction っ た り し て telescopic す る と い う ユ ニ ー ク な nature を も つ こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ に し seaborne, vacuum に お い て electric 圧 Inca に よ り フ ィ ル ム が inverse に stretch び る の は, polymer lock の thermal expansion に よ る も の と exam え ら れ る. The results of れら れら are ら, and in the air, におけるフィ ム ム ム <s:1> electrical energy is concentrated メカニズム ム times ように to えられる. Youdaoplaceholder0 begins to めに,フィ ムを ムを ムを is placed in に in the air to すると absorb moisture によ the volume <s:1> expands する. Electric 圧 Inca に よ る ジ ュ ー ル heating に よ り フ ィ ル ム は わ ず か に thermal expansion す る が, polymer locked に sorption し て い る が hot water molecules を suction 収 し off the す る た め に フ ィ ル ム は 収 shrinkage す る. こ こ で, Inca 圧 が low い occasions は dehydration に よ る 収 shrinkage が で dominated あ る が, Inca electric 圧 の raised plus と と も に thermal expansion の send with が き く な る. Youdaoplaceholder0 <s:1> he に, the electroprinting plus によるポリピロ によるポリピロ によるポリピロ な な lock <e:1> structure change や water molecule と <e:1> interaction change な <e:1> research えられる.

项目成果

H.Okuzaki, I.Kubota: "Zone-Drawn Poly(p-phenylene)Films. Effects of Molecular Orientation on Electrical and Mechanical Properties"Macromolecular Rapid Communications. 22. 114-119 (2001)

H.Okuzaki，I.Kubota：“区域拉伸聚（对亚苯基）薄膜。分子取向对电气和机械性能的影响”高分子快速通讯。

H.Okuzaki, M.Ishihara: "Characteristics of Conducting Polymer Transistors Prepared by Line Patterning"Synthetic Metals. (印刷中). (2003)

H.Okuzaki、M.Ishihara：“通过线图案化制备的导电聚合物晶体管的特性”（印刷中）。

A.G.MacDiarmid et al.: "Electrically-Generated Nanofibers of Electronic Polymers"Synthetic Metals. 119. 27-30 (2001)

A.G.MacDiarmid 等人：“电子聚合物的电动纳米纤维”合成金属。

H.Okuzaki, M.Ishihara: "Spinning and Characterization of Conducting Microfibers"Macromolecular Rapid Communications. 24. 261-264 (2003)

H.Okuzaki、M.Ishihara：“导电微纤维的纺纱和表征”大分子快速通信。

H.Okuzaki, T.Hattori: "Electrically Induced Anisotropic Contraction of Polypyrrole Films"Synthetic Metals. (印刷中). (2003)

H.Okuzaki、T.Hattori：“聚吡咯薄膜的电致各向异性收缩”，合成金属（2003 年）。