刺激响应性化合物、变形材料和驱动器

申请号 CN201380039036.4 申请日 2013-08-08 公开(公告)号 CN104508015A 公开(公告)日 2015-04-08
申请人 精工爱普生株式会社; 发明人 大竹俊裕;
摘要 本 发明 提供一种能够以 低 电压 大幅发生位移的刺激响应性化合物、 变形 材料及使用其的 驱动器 。本发明的刺激响应性化合物具有:一对聚 硅 氧 烷链、将一对聚硅氧烷链之间进行交联的交联部、和键合于聚硅氧烷链的 液晶 部;交联部具有:单元A,其具有作为旋 转轴 发挥作用的键、且具有位于该键的一端的第1基团和位于键的另一端的第2基团;配置于第1基团的第1键合部位的第1单元B;配置于第2基团的第1键合部位的第2单元B,第1单元C和第2单元C;第1单元C与一对聚硅氧烷链中的一条链键合,第2单元C与一对聚硅氧烷链中的另一条链键合,第1单元B与第2单元B通过还原反应而键合。
权利要求

1.一种刺激响应性化合物,其具有:
一对聚烷链,
将所述一对聚硅氧烷链之间进行交联的交联部,和
键合于所述一对聚硅氧烷链中的至少一条链、且具备具有液晶性的官能团的液晶部,所述交联部具有:
单元A,其具有作为旋转轴发挥作用的键、且具有位于该键的一端的第1基团和位于所述键的另一端的第2基团,
配置于所述第1基团的第1键合部位的第1单元B,
配置于所述第2基团的第1键合部位的第2单元B,
第1单元C,和
第2单元C,
所述第1单元C与所述一对聚硅氧烷链中的一条链键合,
所述第2单元C与所述一对聚硅氧烷链中的另一条链键合,
所述第1单元B与所述第2单元B通过还原反应而键合。
2.根据权利要求1所述的刺激响应性化合物,其中,所述单元A是选自下述式(1)、下述式(2)和下述式(3)中的1种,
3.根据权利要求1或2所述的刺激响应性化合物,其中,所述第1单元B和所述第2单元B是由下述式(4)所示的基团,
4.根据权利要求1至3中任一项所述的刺激响应性化合物,其中,所述第1单元C和所述第2单元C具有数为4以上且10以下的亚烷基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的刺激响应性化合物,其中,
所述具有液晶性的官能团具有多个环结构,
所述多个环结构中的一个环结构上键合有1个以上的卤素原子
6.一种变形材料,其包含权利要求1至5中任一项所述的刺激响应性化合物。
7.根据权利要求6所述的变形材料,其包含电子导电性物质。
8.根据权利要求6或7所述的变形材料,其中,所述电子导电性物质包含碳材料。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的变形材料,其中,所述电子导电性物质为粒子。
10.根据权利要求9所述的变形材料,其中,所述电子导电性物质的平均粒径为1nm以上且10μm以下。
11.一种驱动器,其是使用权利要求6至10中任一项所述的变形材料制造的。

说明书全文

刺激响应性化合物、变形材料和驱动器

技术领域

[0001] 本发明涉及刺激响应性化合物、变形材料和驱动器。

背景技术

[0002] 近年来,在医疗领域、微小型机器领域等中,小型驱动器的必要性正在提高。
[0003] 这样的小型驱动器要求是小型的,并且能以电压进行驱动。为了实现这样的低电压化,正在进行各种尝试(例如,参照专利文献1)。
[0004] 但是,现有的驱动器无法充分降低驱动电压,使其变形需要高电压。另外,现有的驱动器难以使变形量(位移量)充分变大。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特开2005-224027号公报

发明内容

[0008] 发明所要解决的课题
[0009] 本发明的目的在于,提供一种能够在低电压下发生位移的刺激响应性化合物、变形材料和使用其的驱动器。
[0010] 用于解决课题的手段
[0011] 上述目的通过下述的本发明而完成。
[0012] 本发明的刺激响应性化合物具有:
[0013] 一对聚烷链,
[0014] 将所述一对聚硅氧烷链之间进行交联的交联部,和
[0015] 键合于所述一对聚硅氧烷链中的至少一条链、且具备具有液晶性的官能团的液晶部,
[0016] 所述交联部具有:
[0017] 单元A,其具有作为旋转轴发挥作用的键、且具有位于该键的一端的第1基团和位于所述键的另一端的第2基团,
[0018] 配置于所述第1基团的第1键合部位的第1单元B,
[0019] 配置于所述第2基团的第1键合部位的第2单元B,
[0020] 第1单元C,和
[0021] 第2单元C,
[0022] 所述第1单元C与所述一对聚硅氧烷链中的一条链键合,
[0023] 所述第2单元C与所述一对聚硅氧烷链中的另一条链键合,
[0024] 所述第1单元B与所述第2单元B通过还原反应而键合。
[0025] 由此,能够在低电下发生变形(位移)。另外,通过将聚硅氧烷链与各单元键合,能够使位移的程度变大。另外,通过具有键合于聚硅氧烷链的液晶部,且该液晶部使用液晶的取向技术,从而显示出一定的取向性,因此,在驱动中,刺激响应性化合物具有一定的方向性。另外,能够使刺激响应性化合物在常温下的柔软性、成型性特别优异。另外,通过具有聚硅氧烷链,能够使玻璃化转变温度变得比较低,能够使低温下的响应性变得优异。另外,氧化还原反应产生的刺激响应性化合物的立体结构变化具有可逆性,能够反复进行从收缩状态向伸长(膨胀)状态的位移、从伸长(膨胀)状态向收缩状态的位移,重现性也优异。
[0026] 就本发明的刺激响应性化合物而言,上述单元A优选为选自下述式(1)、下述式(2)、下述式(3)中的1种。
[0027] [化学式1]
[0028]
[0029] 由此,刺激响应性化合物能够进行更顺利的变形(位移),实现在更低电压下进行驱动。
[0030] 就本发明的刺激响应性化合物而言,上述第1单元B和上述第2单元B优选为下述式(4)所示的基团。
[0031] [化学式2]
[0032]
[0033] 由此,通过调整反应条件,能够可逆且容易地进行单元B彼此的键合状态(还原反应)与非键合状态(氧化反应)。另外,因为反应性高,刺激响应性化合物能够更顺利地且在低电压下发生变形。
[0034] 就本发明的刺激响应性化合物而言,上述第1单元C和上述第2单元C优选具有数为4以上且10以下的亚烷基。
[0035] 由此,能够在更低的电压下适宜地发生变形,并且能够进一步提高刺激响应性化合物(使用其的变形材料)的柔软性。
[0036] 就本发明的刺激响应性化合物而言,优选上述具有液晶性的官能团具有多个环结构,且
[0037] 上述多个环结构中的一个环结构上键合有1个以上的卤素原子
[0038] 由此,能够进一步提高液晶性官能团在取向时的运动性能,使向取向转变的速度变得更迅速。其结果,刺激响应性化合物能够更迅速且更顺利的进行变形(位移),进而在低电压下进行驱动。
[0039] 本发明的变形材料包含本发明的刺激响应性化合物。
[0040] 由此,变形材料能够在低电力下发生变形(位移),并且位移(变形)的程度变大。另外,可使常温下的柔软性、成型性变得特别优异。另外,低温下的响应性也变得优异。另外,通过停止施加电压,能够保持变形材料的形状。由此,如上所述的变形材料可适用优异的驱动器的制造。
[0041] 就本发明的变形材料而言,优选包含电子导电性物质。
[0042] 由此,能够使位移(变形)的程度进一步变大。另外,能够在更低的电力下使其变形(位移)。
[0043] 就本发明的变形材料而言,上述电子导电性物质优选包含碳材料。
[0044] 由此,能够对变形材料整体赋予更高的电子导电性。
[0045] 就本发明的变形材料而言,上述电子导电性物质优选为粒子。
[0046] 由此,能够使电子导电性物质均匀地分散在变形材料整体中,能够在较低的电压下使变形材料整体均匀且大幅地发生位移。
[0047] 就本发明的变形材料而言,上述电子导电性物质的平均粒径优选为1nm以上且10μm以下。
[0048] 由此,通过对变形材料整体赋予必要浓度的电子导电性材料,能够可靠地向变形材料中供给电子。另外,能够使得向刺激响应性化合物供给电子的效率变得特别优异,能够获得更大的位移力、位移量。
[0049] 本发明的驱动器的特征在于,其使用本发明的变形材料而制造。
[0050] 由此,可提供能够以低电压大幅发生位移、并且低温下的响应性优异的驱动器。附图说明
[0051] 图1是用于说明第一实施方式所述的刺激响应性化合物的氧化还原反应前后的分子结构的图。
[0052] 图2是用于说明第二实施方式所述的刺激响应性化合物的氧化还原反应前后的分子结构的图。
[0053] 图3是表示使用了变形材料的驱动器的一例的示意图。
[0054] 图4是用于说明使用了变形材料的驱动器的评价方法的图。
[0055] 符号说明
[0056] A…单元A
[0057] B…单元B
[0058] C…单元C
[0059] 100…驱动器
[0060] 10…电源
[0061] 11…变形材料层
[0062] 12…对置电极
[0063] 13…电解质层
[0064] 14…开关

具体实施方式

[0065] 以下,对本发明的优选实施方式进行详细说明。
[0066] 《刺激响应性化合物的第一实施方式》
[0067] 首先,对本发明的刺激响应性化合物的第一实施方式进行详细说明。
[0068] 图1是用于说明第一实施方式所述的刺激响应性化合物的氧化还原反应前后的分子结构的图。图1中,○和□是指官能团(原子团),线是指键。
[0069] 本发明的刺激响应性化合物是具有通过刺激而使分子的立体结构发生变形(位移)、换言之,使分子链发生伸缩的功能的化合物。
[0070] 如图1(a)所示,本实施方式的刺激响应性化合物具有一对聚硅氧烷链、将所述聚硅氧烷链进行交联的交联部和键合于聚硅氧烷链的液晶部。需要说明的是,为了便于说明,图中记载了交联部和液晶部各一个,但实际上存在多个交联部和液晶部。
[0071] 如图1(a)所示,交联部具备:单元A、所述单元A具有作为旋转轴发挥作用的键且具有位于该键的一端的第1基团(图中为A1)和位于键的另一端的第2基团(图中为A2),配置于第1基团的第1键合部位的第1单元B(图中为B1),配置于第2基团的第1键合部位的第2单元B(图中为B2),第1单元C(图中为C1)和第2单元C(图中为C2)。
[0072] 单元A具有作为旋转轴发挥作用的键,且在该键的两端分别键合有第1基团和第2基团。而且,以该键为轴可进行旋转。通过具有如上所述的单元,使刺激响应性化合物能够发生变形(位移)。
[0073] 作为单元A,可使用例如键合有2个芳香环的基团,其中,优选为选自下述式(1)~(3)中的1种基团。通过使用如上所述的基团作为单元A,能够使刺激响应性化合物更顺利地发生变形(位移),且能够在更低的电压下进行驱动。
[0074] [化学式3]
[0075]
[0076] 如图1(a)所示,第1单元B键合于单元A的第1基团的第1键合部位。另外,如图1(a)所示,第2单元B键合于单元A的第2基团的第1键合部位。
[0077] 另外,就第1单元B和第2单元B而言,其是单元B彼此通过氧化还原反应而形成键的基团(参照图1(b))。换言之,是通过接受外部电子(被还原)而形成键的基团。另外,是通过向外部释放电子(被氧化)而解除键的基团。
[0078] 作为单元B(第1单元B和第2单元B),只要是单元B彼此(第1单元B和第2单元B)通过还原反应而形成键的基团,就没有特别限定,单元B(第1单元B和第2单元B)优选为下述式(4)所表示的基团。由此,通过调整反应条件,能够可逆且容易地进行单元B彼此的键合状态(还原反应)与非键合状态(氧化反应)。另外,由于反应性高,刺激响应性化合物能够更顺利地且以更低的电压变形。
[0079] [化学式4]
[0080]
[0081] 单元C(第1单元C和第2单元C)是具备将单元A和单元B以及聚硅氧烷链连结的功能的单元。
[0082] 在本实施方式中,如图1所示,第1单元C键合于单元A的第1基团的第2键合部位。另外,第2单元C键合于单元A的第2基团的第2键合部位。通过如上所述的构成,能够在更低的电压下适宜地发生变形。
[0083] 另外,如图1所示,第1单元C与一对聚硅氧烷链中的一条链键合。另外,如图1所示,第2单元C与一对聚硅氧烷链中的另一条链键合。
[0084] 作为第1单元C和第2单元C,只要为具有将单元A和单元B以及聚硅氧烷链连结的功能的单元,就没有特别限定,但优选为具有亚烷基的单元,更优选为具有碳数为4以上且10以下的亚烷基的单元。由此,能够在更低的电压下适宜地进行变形,且能够进一步提高刺激响应性化合物(使用了该刺激响应性化合物的变形材料)的柔软性。
[0085] 就本实施方式的刺激响应性化合物而言,如上所述的交联部将一对聚硅氧烷链交联。刺激响应性化合物通过具有聚硅氧烷链,从而能够使刺激响应性化合物的玻璃化转变温度变得较低。其结果,能够使刺激响应性化合物在常温下的柔软性、成型性变得特别优异。另外,能够使低温下的响应性变得优异。
[0086] 作为构成聚硅氧烷链的聚硅氧烷,可列举出聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙基硅氧烷、聚二丙基硅氧烷、聚甲基辛基硅氧烷、聚二辛基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷,其中,可使用1种或组合使用2种以上。
[0087] 如图1(a)所示,液晶部键合于聚硅氧烷链,且其具备具有液晶性的官能团(以下也称为液晶性官能团)。通过使用液晶的取向技术,可使该液晶性官能团显示出一定的取向性。因此,刺激响应性化合物在驱动中具有一定的方向性。
[0088] 另外,与另行添加具备上述液晶部的分子的情况相比而言,通过使液晶部直接键合于聚硅氧烷链、即通过在单一分子内具备液晶部和交联部,可防止成分的分离等的发生,使刺激响应性化合物整体的稳定性得以提高。
[0089] 作为液晶性官能团,只要是显示液晶性的基团,就没有特别限定,可列举出具有多个环结构的基团,例如利用酯基将多个苯基连结而成的基团、苯环或环己烷环直接连结而成的基团。
[0090] 作为液晶性官能团,特别优选使用多个环结构中的1个环结构上键合有1个以上的卤素原子的基团。由此,能够进一步提高液晶性官能团在取向时的运动性能,能够使向取向转变的速度变得更迅速。其结果,刺激响应性化合物能够更迅速且顺利地进行变形(位移),进而能够在低电压下进行驱动。
[0091] 作为液晶性官能团的具体例,可举出以下的基团。
[0092] [化学式5]
[0093]
[0094] 另外,液晶部可以是上述液晶性官能团直接与上述聚硅氧烷链键合的而成,但优选为具有亚烷基、且介由该亚烷基使液晶性官能团与聚硅氧烷链键合而成的部分。由此,能够在更低的电压下适宜地进行变形,并且,能够使刺激响应性化合物(使用了该刺激响应性化合物的变形材料)的柔软性变得更高。
[0095] 亚烷基优选为碳数4以上且10以下的亚烷基。由此,能够使刺激响应性化合物(使用了该刺激响应性化合物的变形材料)的柔软性得到进一步提高。
[0096] 如上所述的刺激响应性化合物的重均分子量优选为1000以上且100000以下。由此,能够在更低的电压下适宜地进行变形,并且,能够使刺激响应性化合物(使用了该刺激响应性化合物的变形材料)的柔软性变得更高。
[0097] 如上所述,本发明的刺激响应性化合物具有以下特征,其具有:一对聚硅氧烷链,交联部和上述液晶部,其中,所述交联部具备如上所述的能够进行轴旋转的单元A、能够通过还原反应使单元彼此形成键的单元B(第1单元B和第2单元B)和单元C。由此,能够在低电力下发生变形(位移)。另外,通过聚硅氧烷链与各单元发生键合,能够使位移的程度变得比较大。另外,通过具有键合于聚硅氧烷链的液晶部、且通过使用液晶的取向技术使该液晶部显示出一定的取向性,由此,刺激响应性化合物在驱动时具有一定的方向性。另外,能够使刺激响应性化合物在常温下的柔软性、成型性特别优异。另外,通过具有聚硅氧烷链,能够使玻璃化转变温度变得比较低,能够使低温下的响应性变得优异。另外,由于氧化还原反应产生的刺激响应性化合物的立体结构的变化具有可逆性,能够反复进行从收缩状态向伸长(膨胀)状态的位移、从伸长(膨胀)状态向收缩状态的位移,重现性也优异。
[0098] 作为本实施方式所述的刺激响应性化合物的具体例,可列举例如下述式(10)所示的化合物(还原后的状态和氧化后的状态)。通过使用这样的化合物,能够在更低的电力下发生变形(位移),并且能够使位移的程度变得较大,且能够使常温(低温)下的柔软性、成型性变得更优异。
[0099] [化学式6]
[0100]
[0101] 《刺激响应性化合物的第二实施方式》
[0102] 接下来,对于本发明的刺激响应性化合物的第二实施方式详细进行说明。
[0103] 图2是用于对第二实施方式所述的刺激响应性化合物的氧化还原反应前后的分子结构进行说明的图。图2中,○和□是指官能团(原子团),线是指键。
[0104] 以下,对第二实施方式进行说明,以与前述的实施方式的不同点为中心进行说,对于同样的事项,省略对其说明。需要说明的是,对于与前述的实施方式同样的构成而言,施用相同的符号。
[0105] 如图2(a)所示,本实施方式的刺激响应性化合物具有:一对聚硅氧烷链、将上述聚硅氧烷链进行交联的交联部和键合于聚硅氧烷链的液晶部。
[0106] 对于聚硅氧烷链和液晶部,由于与上述第一实施方式相同,故省略对其的说明。
[0107] 与前述第一实施方式同样地,交联部具备:单元A、所述A具有作为旋转轴发生功能的键,且具有位于该键的一端的第1基团(图中为A1)和位于键的另一端的第2基团(图中为A2);配置于第1基团的第1键合部位的第1单元B(图中为B1);配置于第2基团的第1键合部位的第2单元B(图中为B2);第1单元C(图中为C1)和第2单元C(图中为C2)。
[0108] 在本实施方式中,如图2所示,第1单元C键合于第1单元B,第2单元C键合于第2单元B。在这点上,与前述第一实施方式不同。通过形成如上所述的构成,能够保持低电压下的变形性,并且能够使位移量变得更大。
[0109] 作为本实施方式所述的刺激响应性化合物的具体例,可列举例如下述式(21)所表示的化合物(还原后的状态)、下述式(22)所表示的化合物(还原后的状态)。通过使用这样的化合物,能够在更低的电力下发生变形(位移),并且能够使位移的程度进一步变大。
[0110] [化学式7]
[0111]
[0112] 《变形材料》
[0113] 接下来,对于使用了上述本发明的刺激响应性化合物的变形材料的优选实施方式进行详细说明。
[0114] 变形材料包含如上所述的刺激响应性化合物。由此,变形材料能够在低电力下发生变形(位移),并且能够成为位移(变形)的程度大的变形材料。另外,通过具有液晶性官能团,能够调整变形材料的变形的方向性。其结果,能够产生更大且具有方向性的变形(位移)。另外,使常温下的柔软性、成型性变得特别优异。另外,低温下的响应性也变得优异。此外,可通过停止施加电压,保持变形材料的形状。由此,如上所述的变形材料能够适宜地用于优异的驱动器的制造。
[0115] 变形材料可以包含本发明的刺激响应性化合物以外的成分。
[0116] <电子导电性物质>
[0117] 变形材料除了包含如上所述的刺激响应性化合物、高分子材料,还优选包含具有在变形材料中高效地输送电子的功能的电子导电性物质。由此,能够在更低的电力下使其变形(位移)。
[0118] 作为电子导电性物质,可列举例如金属材料、碳材料之类的化合物、或有机材料等。作为具体例,可列举例如石墨、纳米碳管、石墨烯(graphen)、碳纳米粒子乙炔黑活性炭等各种碳材料;聚苯胺、聚硫醇、聚吡咯、Si系或Ga系等半导体材料、PEDOT:PSS聚(3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸)等导电性高分子;透明导电性氧化物材料(例如ITO(氧化铟)等);各种金属纳米线等。其中,特别优选碳材料,更加优选碳纳米粒子。由此,可对变形材料整体赋予更高的电子导电性。
[0119] 另外,碳材料等的粒子形态没有特别限定,可以为致密、多孔、中空等中的任意形态。另外,例如,在使用碳纳米粒子作为电子导电性物质的情况下,优选使用具有中空壳状结构的碳纳米粒子。由于电子仅在粒子的表面被输送,因此,通过使用具有中空壳状结构的碳纳米粒子,能够进一步提高电子的输送功能。另外,能够在较低的电压下使变形材料整体大幅发生位移。
[0120] 在使用中空壳状结构的碳纳米粒子作为电子导电性物质的情况下,该碳纳米粒子的空隙率(空穴率)优选为90体积%以下、更优选为30体积%以上且90体积%以下、进一步优选为60体积%以上且80体积%以下。由此,能够充分地保持碳纳米粒子(电子导电性物质)的形状的稳定性,并且能够显著地发挥出如上所述的效果,其结果,可长时间、稳定地发挥出如上所述的效果,并且,能够使变形材料的批次间特性的一致性、将变形材料应用于驱动器等时的个体间特性的一致性变得特别优异。
[0121] 在变形材料中,电子导电性物质可溶解在其他成分中,但优选在变形材料中作为不溶成分存在,特别优选以固体状存在。
[0122] 电子导电性物质的形状可列举例如粒状、平板状、纤维状(例如管状)等各种各样的形状,特别优选制成粒状。需要说明的是,粒子的形状可以为球体、非球体(例如鳞片状、纺锤状、旋转椭圆体)中的任意形状。由此,能够使电子导电性物质均匀地分散在变形材料整体中,能够在比较低的电压下使变形材料整体均匀且大幅地发生位移。
[0123] 在电子导电性物质为粒状的情况下,其平均粒径优选为1nm以上且10μm以下、更优选为2nm以上且90nm以下。由此,通过对变形材料整体赋予必要浓度的电子导电性材料,能够可靠地向变形材料中供给电子。另外,能够使向刺激响应性化合物中供给电子的效率变得特别优异,能够获得更大的位移力、位移量。与此相对,若平均粒径低于上述下限值,则电子导电性材料发生凝集,需要增加用于防止凝集的处理。另一方面,若平均粒径超过上述上限值,则需要提高电子导电性材料的含有率,无法实现如上所述的效果的进一步的提高。
[0124] 需要说明的是,在本说明书中,“平均粒径”是指体积基准的平均粒径(体积平均粒径(D50))。作为测定装置,可列举例如激光衍射-散射式粒度分析计Microtrac MT-3000(日机装公司制)等。需要说明的是,后述实施例中的体积平均粒径(D50)是利用上述Microtrac MT-3000测定的值。
[0125] 通过包含如上所述的电子导电性材料,能够使变形材料整体在更低的电压下大幅地发生位移。另外,能够效率良好地使变形材料整体发生变形。其结果,例如在将变形材料应用于驱动器的情况下,能够在更低的电压下获得足够大的位移力、位移量。另外,在使用本发明的变形材料来制造驱动器的情况下,即使不使电极与变形材料(变形材料层)的广大面积接触,也能够使变形材料(变形材料层)足够大地发生位移。其结果,能够使驱动器进行柔软的操作。
[0126] 另外,变形材料中的电子导电性物质的含有率优选为10质量%以上且90质量%以下、更优选为30质量%以上且70质量%以下。由此,能够很好地进行变形材料中的电子的输送。与此相对,若电子导电性物质的含有率低于上述下限值,则辅助变形材料中的电子移动的功能减少。另一方面,若电子导电性物质的含有率超过上述上限值,则无法实现如上所述的效果的进一步提高。
[0127] 另外,变形材料中的电子导电性物质的分散状态可以是均匀的,也可以在变形材料中存在电子导电性材料的浓度连续地、断续地(间歇地)变化的部分。在变形材料中的电子导电性物质的分散状态均匀的情况下,能够以较低的电压使变形材料整体均匀且大幅地发生位移。特别是,即使在变形材料的厚度较大的情况下,也能高效地发生变形。
[0128] <其他成分>
[0129] 另外,变形材料可以包含溶剂。若将溶剂掺入到上述刺激响应性化合物等中,则变形材料适宜发生凝胶化,因此容易发生固形化,并且能够提高变形材料的操作性。
[0130] 作为溶剂,可列举例如二甲基亚砜(DMSO)、甲苯、苯、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMA)、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、丙、碳酸丙烯酯、甲基戊酮、乙基戊酮、乙腈等有机溶剂
[0131] 变形材料中的溶剂的含有率优选为20质量%以上且80质量%以下、更优选为30质量%以上且60质量%以下。由此,能够进一步提高变形材料的操作性。
[0132] 另外,变形材料可以包含电解质
[0133] 作为电解质,可使用各种酸、、盐,但优选使用盐。由此,能够使变形材料的耐久性变得特别优异。作为电解质的盐,可使用例如高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂等无机盐;四丁基铵四氟化、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMPTFSI)、甲基-三辛基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(MTOATFSI)、三乙基锍双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(TESTFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酸盐(EMICF3SO3)等有机盐等。BMPTFSI、MTOATFSI、TESTFSI和EMICF3SO3的结构式分别由下述式(12)、下述式(13)、下述式(14)和下述式(15)表示。
[0134] [化学式8]
[0135]
[0136] [化学式9]
[0137]
[0138] [化学式10]
[0139]
[0140] [化学式11]
[0141]
[0142] 在变形材料中,作为电解质,优选包含选自高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂和四丁基铵四氟化硼中的1种或2种以上。由此,能够进一步有效地提高刺激响应性化合物(变形材料)的响应速度,并且,能够进一步加大与刺激响应性化合物的伸缩伴生的变形材料整体的位移。
[0143] 通过含有如上所述的电解质,能够更迅速地进行电荷向刺激响应性化合物的传递,能够使变形材料的高速响应性变得特别优异。另外,就后文所述的驱动器而言,在变形材料层整体(特别是变形材料层的厚度方向整体)中,能够使构成变形材料层的刺激响应性化合物高效地进行伸缩。其结果,能够使作为变形材料层整体的伸缩率变得特别大。
[0144] 尤其是在变形材料包含溶剂和电解质的情况下,能够进一步有效地提高刺激响应性化合物(变形材料)的响应速度,并且能够进一步加大与刺激响应性化合物的伸缩伴生的变形材料整体的位移。
[0145] 变形材料中的电解质的含有率优选为3质量%以上且80质量%以下、更优选为5质量%以上且30质量%以下。由此,可更显著地发挥如上所述的效果。
[0146] 另外,变形材料可以包含上述以外的成分。
[0147] 变形材料的导电率优选为0.1S/cm以上、更优选为1S/cm以上。由此,能够很好地应用于后文详述的驱动器中,另外,能够实现驱动器的小型化。
[0148] 如上所述,本实施方式的变形材料包含通过氧化还原反应而分子结构发生变化的刺激响应性化合物、高分子材料和电子导电性物质。由此,能够在较低的电压下使变形材料整体大幅地发生位移。尤其是在变形材料的厚度比较大的情况下,也能够高效地使变形材料整体发生变形。其结果,例如在将变形材料应用于驱动器的情况下,能够在低电压下获得足够大的位移力、位移量。另外,能够使变形材料的响应速度变得优异。另外,能够实现变形材料的轻质化、应用了变形材料的驱动器的轻质化。此外,作为变形材料整体,可制成固体状、凝胶状,因此,可使变形材料的操作性(操作性的容易程度)变得优异,并且能够拓宽变形材料的应用范围。另外,作为变形材料整体而言能够制成凝胶状,因此能够很好地用于进行柔软的工作的驱动器的制造。
[0149] 《驱动器》
[0150] 接下来,对于使用了上述变形材料(包含上述刺激响应性化合物和电子导电性物质的变形材料)的驱动器详细地进行说明。
[0151] 图3是表示使用了上述变形材料的驱动器的一例的示意图。
[0152] 本发明的驱动器是使用上述变形材料而制造的。由此,能够在低电压下大幅地进行位移,并且能够提供低温下的响应性优异的驱动器。
[0153] 特别是如图3所示,本实施方式的驱动器100具备:用于进行电源10的切入的开关14、使用变形材料形成且与电源10连接的变形材料层11、与电源10连接的对置电极12、和存在于变形材料层11与对置电极12之间的电解质层13。
[0154] 变形材料层11是由上述的变形材料构成的部位,是能够通过氧化还原反应而进行伸缩变形的层。在本实施方式中,变形材料层11形成为圆柱形状。另外,在图示的构成中,变形材料层11与电源10的正极连接。
[0155] 电解质层13由包含电解质的材料构成,如图3所示,其以覆盖圆柱状的变形材料层11的外周面的方式进行设置。该电解质层13是为了使电极间产生电位差而设置的层,同时是用于防止在变形材料层11内产生电位差的层。因此,不会在变形材料层11内产生电位的分布。
[0156] 作为电解质,可使用例如高氯酸、高氯酸锂、三氟甲磺酸锂等无机盐、四丁基铵四氟化硼等有机盐等。
[0157] 另外,电解质层13可以包含聚丙烯腈、聚氧乙烯等高分子材料。由此,能够容易地形成电解质层13。
[0158] 另外,电解质层13可以包含碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯等溶剂。由此,能够容易地形成电解质层13。
[0159] 对置电极12设置于电解质层13的外周面上,且在本实施方式中与电源10的负极连接。
[0160] 对置电极12由具有导电性的材料构成的。作为对置电极12的构成材料,可列举出例如Pt、Al、Cu、Fe等金属材料(包括合金)等。
[0161] 电源10是直流电源,在图3所示的状态下,使变形材料层11介由开关14与电源10的正极连接,使对置电极12与负极连接。在构成变形材料层11的刺激响应性化合物具有如图1、图2所示结构的情况下,若打开开关14,则在变形材料层11与对置向电极12之间通电,刺激响应性化合物通过氧化反应而呈现分子链发生了伸长(膨胀)的状态。其结果,作为变形材料层11整体,也呈现沿着图中箭头的方向伸长(膨胀)的状态。
[0162] 与此相对,若在将电源10的正极与负极倒换的状态下打开开关14,则在变形材料层11与对置电极12之间通电,刺激响应性化合物通过还原反应而呈现分子链发生收缩的状态。其结果,作为变形材料层11整体,也呈现沿着与图中箭头相反的方向发生收缩的状态。
[0163] 如上所述,变形材料通过反复进行伸长(膨胀)和收缩能够进行多次伸缩,并且其重现性也优异。因而,对于本实施方式的驱动器而言,不仅可采用如上所述的直流电流的结构,也可采用交流电流的结构,且能够进行反复伸缩。
[0164] 由此,能够提供一种可在低电压下大幅发生位移的驱动器,并且,能够使由变形材料构成的变形材料层11以更柔软的操作来进行工作。
[0165] 以上,对于本发明的优选实施方式进行了说明,但本发明并不限定于此。
[0166] 例如,在上述实施方式中,对刺激响应性化合物包含单元A、第1单元B、第2单元B、第1单元C和第2单元C的情况着重进行了说明,但是在本发明中,刺激响应性化合物只要可通过氧化还原反应而使分子结构发生变化即可,并不限定于具备上述所有的各个单元的刺激响应性化合物。
[0167] 另外,本发明的驱动器只要是使用本发明的变形材料而制造的,可以为任意驱动器,并不限定于具有图3所示的构成的驱动器。
[0168] [实施例]
[0169] 以下列举实施例进一步对本发明进行详细说明,但本发明并不仅限定于这些实施例。
[0170] (实施例)
[0171] [1]刺激响应性化合物的制造
[0172] 在钯催化剂存在下使2,2’-二甲酰基-4,4’-二溴二噻吩和1-溴-4-叔丁基二甲基甲硅烷基氧基苯交联后,使其在碳酸存在下和1-溴-6-己烯进行反应,在末端导入乙烯基。
[0173] 接下来,在酸催化剂存在下与苯二硫醇进行反应,进而通过基于(p-BrC6H4)3NSbCl6的氧化、基于锌的还原反应而获得了刺激响应部位。
[0174] 另一方面,在碳酸钾存在下使4-羟基-1-溴联苯与1-溴辛烷进行反应,得到了化合物A。
[0175] 接下来,在钯催化剂存在下,使化合物A与叔丁基二甲基甲硅烷基氧基苯基硼酸交联,而得到了化合物B。
[0176] 接下来,使化合物B与1-溴-6-己烯进行反应,在末端导入乙烯基,从而得到了液晶部位。在铂催化剂存在下,使上述刺激响应部位、液晶部位和聚硅氧烷进行反应,由此得到了由下述式(10)表示的刺激响应性化合物。
[0177] [化合物12]
[0178]
[0179] [2]变形材料的制造
[0180] 将如上所述制得的刺激响应性化合物、与平均粒径为39.5nm且作为具有连续孔的多孔体的空隙率为60体积%的碳纳米粒子(Lion Corporation制、科琴黑EC300J)以50:50(重量比)加以混合,得到了凝胶状的变形材料。
[0181] [3]驱动器的制造
[0182] 使用如上所述制得的变形材料,制成如图3所示的驱动器。
[0183] 将如上所述制得的变形材料成型为长:20cm×径:0.3cm的圆柱状,将其作为变形材料层。
[0184] 接下来,使用将碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、聚丙烯腈、高氯酸铜按照摩尔比38:38:13:11进行混合而得的电解质层形成材料,在变形材料层的周围形成了厚0.1cm的电解质层。
[0185] 接下来,如图3所示,将铂制的电极线缠绕在电解质层的周围,形成对置电极,得到了驱动器。
[0186] (比较例)
[0187] 如下所述地制造变形材料层,除此以外,与上述实施例同样地进行操作,制造出驱动器。
[0188] 在烧杯中称量单层纳米管(Carbon Nanotechnology Incorporated公司制“HiPco”、含Fe量14重量%)(以下也称作SWNT)25mg、5重量%的Nafion溶液(Aldrich公司制、低分子量直链醇与(10%)混合溶剂)25ml、和试剂级甲醇25ml,并进行混合,然后在声波洗涤器中进行10小时以上的超声波照射,制备出SWNT与Nafion的混合分散液。将该分散液投入到玻璃制的浅底盘中,在通橱中放置一昼夜以上而将溶剂除去。除去溶剂后,在150℃下进行4小时的热处理。将所形成的SWNT与Nafion的复合体从浅底盘中剥离,然后成型为长:20cm×径:0.3cm的圆柱状,将其作为变形材料层。
[0189] (响应性的评价)
[0190] 如图4所示,将实施例和比较例的驱动器铅直地加以固定,并与电极连接。在25℃的环境下,利用激光位移计测定距离图4中的基准点的偏移,由此求出施加电压后的驱动器的长度相对于未施加电压的状态所发生的位移。
[0191] 其结果,就使用了本发明的刺激响应性化合物的驱动器而言,在较低的电压下大幅地发生了位移,而比较例的驱动器的位移程度较小。
[0192] 另外,在-10℃和-25℃的环境下进行与上述同样的试验,得到了同样的结果。
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