電気・磁気応答性有機ゲルを用いた人工筋肉の創製

使用电/磁响应有机凝胶创建人造肌肉

• 批准号: 01F00779
• 负责人: 長田 義仁
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-01F00779/
• 关键词: 生物様運動; 高分子ゲル; アクチュエータ; 導電性高分子ゲル; 電気化学的性質; 光学的性質; ポリピロール誘導体; エレクトロスペクトロメトリー

これまで、北大長田義仁グループでは、生物様運動を行う高分子ゲルの創製を世界に先駆けて行い、これを用いた様々なアクチュエータを開発してきた。本研究では、電圧印加により駆動する新規導電性高分子ゲルの創製を行い、新しいアクチュエータ用材料を開発する。アクチュエータ用合成高分子として、優れた電気化学的性質を有し、かつ3-置換ポリチオフェン類のような位置規則性を考える必要のないN-置換ポリピロールを選んだ。まずN位にカルボン酸基を有するピロール誘導体を合成し、これをモノマーとする水溶性ポリピロールを酸化重合法により合成した。得られた高分子はpH9.0で可溶となった。次に、この高分子のpHの変化に伴う水溶性の変化をより詳細に検討し、水溶液中における電気化学的性質、光学的性質を測定した。さらに、スピンコート法によりITOガラス基板上にポリピロール薄膜を作製し、その薄膜の電気化学的性質、光学的性質した。この薄膜のエレクトロスペクトロメトリーを行うことで、電気化学的酸化状態での酸化種の評価を行った。また、電気伝導機構の検討を目的として、4端子法により高分子薄膜の未ドープ状態、ドープ状態、および含水状態での直流並びに交流電圧印加時の電気伝導度の測定を行った。このように、得られたポリピロール誘導体の基礎物性を評価した。次に架橋剤によるポリピロール鎖間の橋かけを行い、ハイドロゲルを作製した。橋架け密度、界面活性剤の濃度を系統的に変化させ、これらに電圧印加を行ったときのハイドロゲルの物性評価を行い、アクチュエータ作製の基礎データを得た。さらに、電圧印加に対する応答特性向上をドーピング率向上により達成するため、高い水溶性が期待できるN-置換ポリピロール類(N位にリン酸基、ポロン酸基あるいはスルホン酸基を有するピロール誘導体)を合成し、その基礎物性を評価した。以上のように、電気刺激応答型アクチュエータ用材料としての応用が可能な新規導電性高分子ゲルを創製することができた。

到目前为止，Nagata Yoshihito Group是世界上第一个创建进行生物运动的聚合物凝胶的人，并使用这些凝胶开发了各种执行器。在这项研究中，我们将创建一种新的导电聚合物凝胶，该凝胶由电压的应用并为执行器开发新材料而驱动。作为致动剂的合成聚合物，N溶解的多吡咯具有出色的电化学特性，并且不需要考虑诸如3奠定的聚息烯之类的防治性。首先，合成了在N位置具有羧酸基团的吡咯衍生物，并通过氧化聚合方法合成了使用该单体作为单体的水溶性多吡咯。获得的聚合物在pH 9.0下溶解。接下来，更详细地检查了与该聚合物pH变化相关的水溶性的变化，并测量了水溶液中的电化学和光学性能。此外，通过自旋涂层方法在ITO玻璃底物上制备了多吡咯薄膜，并获得了薄膜的电化学和光学特性。通过这种薄膜的电谱法，在电化学氧化态中评估了氧化物种。此外，为了研究电导传导机制，使用4末端方法来测量在施用时未居，掺杂和含水状态的聚合物薄膜的电导率，以及施加时DC和AC电压。因此，评估了所获得的多吡咯衍生物的基本特性。接下来，通过交联剂交联链链链以制备水凝胶。系统更改了跨桥密度和表面活性剂浓度，并在将电压应用于这些电压时评估了水凝胶的物理性能，并获得了用于制造执行器的基本数据。此外，为了通过提高掺杂速率，可以预期可以预期具有高水位溶解性的N均取代息肉衍生物（具有磷酸盐，孔酮酸盐或硫酸酸基团的吡咯衍生物（具有磷酸盐，孔酮酸盐或磺酸）基本特性的N-取代的息肉衍生物（具有磷酸盐，孔酮或磺酸盐）的基本特性，以提高对电压施加的响应特征。如上所述，已经创建了可以用作电刺激反应执行器的材料的新型导电聚合物凝胶。