導電性高分子の電解伸縮による人工筋肉の開発

通过导电聚合物电解拉伸开发人造肌肉

• 批准号: 01F00230
• 负责人: 金藤 敬一
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01F00230/
• 关键词: 誘電性高分子; 電解伸縮; ソフトアクチュエータ; ポリピロール; パターン化; バイアイオニックアクチュエータ; 生理食塩水; 人工筋肉; 導電性高分子; 電気化学的酸化還元; イオン濃度依存性; 伸縮率; サイクリックボルタモグラム

導電性高分子の電解反応過程で発生するフィルム変形のソフトアクチュエータ応用について調査検討を行った。ポリピロールは電解重合法による成膜時において使用する支持電解質種により、フィルム伸縮・膨張の電解極性を反転可能であることが明らかとなった。即ち、嵩高いアニオン中での電解重合により作成されたポリピロールは、カソード膨張性を示す一方、比較的小さなアニオン中で作成されたポリピロールフィルムはアノード膨張性を示す。この相反的な変形極性を積極的に応用することにより、屈曲運動量を飛躍的に増加させたバイモルフフィルムの作成に成功した。これは、アニオン・カチオン両イオンの運動により動作することから、バイアイオニックアクチュエータと称することが出来る。更に、本素子はパターン化が可能であり、例えば折畳み展開機能を有する電解スプリングの作成が可能であり、そのデモンストレーションに成功した。この電解スプリングは、バイモルフ素子を組み合わせて作成した一種のリニアーアクチュエーターであり、その伸縮運動量は50%以上に達する。バイアイオニックアクチュエータはパターン化技法の導入によりさまざまな変形挙動を示すフィルムを作成することが可能で、今後の応用展開が期待される。ポリピロール単膜の電解変形特性をさまざまな電解質環境下で駆動評価したところ、NaCl水溶液中では中濃度で最大の変形量が観測された。これは、電解変形が電解液のイオン電導度によらず、濃度に依存することを示唆する。また、複雑な支持電解質で構成された電解液中でも、電解変形はその変形量を保持し、伸縮駆動を示した。例えば、生体液に近い構成の電解液、或いは海水に近い構成の電解液中でも、その伸縮駆動性は低下しなかった。以上の点は、生理食塩水等の環境内や海水等の中でも、本素子が特別劣化を示すことなく、その駆動性を保持することを意味し、その応用性が期待される。

Conductive polymer の electrolytic anti 応 process で 発 raw す る フ ィ ル ム - shaped の ソ フ ト ア ク チ ュ エ ー タ 応 with に つ い beg を line っ て survey 検 た. ポ リ ピ ロ ー ル は electrolytic heavy legal に よ る film when に お い て use す る supporting electrolyte of に よ り, フ ィ ル ム, scale expansion, の electrolytic を reverse polarity planning may で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. Namely ち, song high い ア ニ オ ン in で の electrolytic overlap に よ り made さ れ た ポ リ ピ ロ ー ル は, カ ソ ー ド expansion を shown す side, compare small さ な ア ニ オ ン で done in さ れ た ポ リ ピ ロ ー ル フ ィ ル ム は ア ノ ー ド expansion を す indicated. こ の opposite な - shaped を positive polarity に 応 with す る こ と に よ り and buckling of exercise を leap に raised さ せ た バ イ モ ル フ フ ィ ル ム の made に successful し た. こ れ は, ア ニ オ ン · カ チ オ ン struck イ オ ン の movement に よ り action す る こ と か ら, バ イ ア イ オ ニ ッ ク ア ク チ ュ エ ー タ と said す る こ と が る. More に, this element は パ タ ー ン change が may で あ り, example え ば fold 畳 み spread function を have す る electrolytic ス プ リ ン グ の made が may で あ り, そ の デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン に successful し た. こ の electrolytic ス プ リ ン グ は, バ イ モ ル フ element child を group み close わ せ て made し た a の リ ニ ア ー ア ク チ ュ エ ー タ ー で あ り, そ の scale exercise は above 50% に す る. バ イ ア イ オ ニ ッ ク ア ク チ ュ エ ー タ は パ タ ー ン chemical techniques の import に よ り さ ま ざ ま な - shaped 挙 dynamic を shown す フ ィ ル ム を made す る こ と が may で, future の 応 with unwinding が expect さ れ る. の ポ リ ピ ロ ー ル 単 membrane electrolysis - shape features を さ ま ざ ま な electrolyte environment で 駆 dynamic evaluation 価 し た と こ ろ, NaCl aqueous solution of で は concentration で maximum の amount - shaped が 観 measuring さ れ た. The <s:1> れ, the <s:1> conductance によらず of the electrolytic deformation が electrolyte, and the concentration に depend on the する とを とを とを indicating する. ま た, complex 雑 な supporting electrolyte で constitute さ れ た で in electrolyte も, electrolytic - は そ の amount - shaped を keep し, telescopic 駆 を shown し た. Example え ば, humoral に nearly い の electrolyte, or い は seawater に nearly い constitute の で in electrolyte も, そ の telescopic 駆 dynamic low sexual は し な か っ た. Point above の は, physiological food salt in the water inside や の environments such as seawater, etc. の で も special degradation, this element が を shown す こ と な く, そ の 駆 passivity を keep す る こ と を mean し, そ の 応 use sex が expect さ れ る.

项目成果

W.Takashima, S.S.Pandey, M.Fuchiwaki, K.Kaneto: "Bi-Ionic Actuators by Polypyrrole Films"Synthetic. Metals. (in press). (2003)

W.Takashima、S.S.Pandey、M.Fuchiwaki、K.Kaneto：“聚吡咯薄膜双离子致动器”合成。

M.Fuchiwaki, W.Takashima, S.S.Pandey, K.Kaneto: "Proposal of Novel Actuators using Conducting Polymer Laminates"Synthetic. Metals. (in press). (2003)

M.Fuchiwaki、W.Takashima、S.S.Pandey、K.Kaneto：“使用导电聚合物层压板的新型致动器的提案”合成。

Shyam S.Pandey, Wataru Takashima, Keiichi Kaneto: "Electrochemomechanical Deformation in the freestanding films of copolymers of poly(o-anisidine and Polypyrrole)"Proceeding of IUPAC Polymer conference. (in press). (2003)

Shyam S.Pandey、Wataru Takashima、Keiichi Kaneto：“聚（邻茴香胺和聚吡咯）共聚物独立薄膜中的电化学机械变形”IUPAC 聚合物会议论文集。

W.Takashima, Shyam S.Pandey, M.Fuchiwaki, K.Kaneto: "Cyclic Step Voltammetric Analysis of Cation-driven and Anion-driven actuation in Polypyrrole Films"Jpn. J. Appl. Phys.. 41. 7532-7536 (2002)

W.Takashima、Shyam S.Pandey、M.Fuchiwaki、K.Kaneto：“聚吡咯薄膜中阳离子驱动和阴离子驱动驱动的循环伏安分析”Jpn。

Shyam S.Pandey, Wataru Takasima, Keiichi Kaneto: "Electrochemomechanical Deformation of Polypyrrole Film In Complex Buffer Media"Proc. The 4^<th> International Conference on Intelligent Processing and Manufacturing of Materials (IPMM03). (in press). (2003

Shyam S.Pandey、Wataru Takasima、Keiichi Kaneto：“复杂缓冲介质中聚吡咯薄膜的电化学变形”Proc。