イオン導電性高分子アクチュエータの機能を支配する表面・界面力学パラメータの解明

イオン導電性高分子に電場をかけると,水和したカウンターイオンが陰極に移動し,陰極側が膨潤,陽極側が収縮することで湾曲が生じ,アクチュエータとしての機能を果たしている.しかしながら, MEMS (NEMS)などのマイクロ・ナノスケールにおけるアクチュエータやセンサとしての利用を考えた場合,マイクロ・ナノスケールにおけるアクチュエータの機能・特性を把握しておく必要がある.本研究では,イオン導電性高分子の表面・界面の力学的挙動の解明,イオン導電性高分子と電極金属薄膜との界面強度が及ぼすアクチュエータの変形特性への影響,表面・界面の力学・電磁場を考慮したマルチフィジックスモデルの構築とイオン導電性高分子アクチュエータの機能を支配する力学パラメータを解明することを目的として研究を行ってきた.本年度は,従来用いられている金電極の代わりに,安価で製造が可能なパラジウム(Pd)を用いて,無電解メッキ法によりイオン導電性高分子膜にパラジウム(Pd)を電極膜として成膜する方法を確立した.そして,NaOH水溶液中でのアクチュエータ特性の評価を行った.また,電極膜の界面付着強度を評価する方法として,ナノインデンテーションを用いた試験法を提案し,ビール試験との比較を行い,その妥当性について検証した.さらに,界面付着強度と電極膜の破損とは密接に関係があることから,本研究では,電極膜の信頼院を評価するために引張試験を行い,電極膜上に形成されるき裂のその場観察を行った.そして,界面付着強度とき裂形成との関係について明らかにした.

イオン導電性高分子に電場をかけると,水和したカウンターイオンが陰極に移動し,陰極側が膨潤,陽極側が収縮することで湾曲が生じ,アクチュエータとしての機能を果たしている.しかしながら, MEMS (NEMS)などのマイクロ・ナノスケールにおけるアクチュエータやセンサとしての利用を考えた場合,マイクロ・ナノスケールにおけるアクチュエータの機能・特性を把握しておく必要がある.本研究では,イオン導電性高分子の表面・界面の力学的挙動の解明,イオン導電性高分子と電極金属薄膜との界面強度が及ぼすアクチュエータの変形特性への影響,表面・界面の力学・電磁場を考慮したマルチフィジックスモデルの構築とイオン導電性高分子アクチュエータの機能を支配する力学パラメータを解明することを目的として研究を行ってきた.本年度は,従来用いられている金電極の代わりに,安価で製造が可能なパラジウム(Pd)を用いて,無電解メッキ法によりイオン導電性高分子膜にパラジウム(Pd)を電極膜として成膜する方法を確立した.そして,NaOH水溶液中でのアクチュエータ特性の評価を行った.また,電極膜の界面付着強度を評価する方法として,ナノインデンテーションを用いた試験法を提案し,ビール試験との比較を行い,その妥当性について検証した.さらに,界面付着強度と電極膜の破損とは密接に関係があることから,本研究では,電極膜の信頼院を評価するために引張試験を行い,電極膜上に形成されるき裂のその場観察を行った.そして,界面付着強度とき裂形成との関係について明らかにした.