導電性高分子によるケモメカニカルアクチュエータの作製

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455143
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 金藤 敬一 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (70124766)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高嶋 授 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (10226772)
• Keywords: 導電性高分子 / アクチュエータ / 電解伸縮 / 人工筋肉 / 酸化・還元 / 電気化学

Research Abstract

従来、アクチュエータとしてモータ、ピエゾアクチュエータが多く使われてきた。最近では形状記憶合金、静電マイクロモータ、高分子ゲルなど様々な原理、材料によるアクチュエータが数多く研究されるようになってきた。いずれも、新しいニーズを狙ったもので、中でも将来、医療機器や人工器官、特に人工筋肉としての応用の可能性がある。本研究で取り扱う導電性高分子の電解伸縮は、電気化学的な酸化と還元によって伸び縮みする現象である。特に、ピエゾ素子に比べ、低い駆動電圧で大きくしかも柔軟に伸縮する点に特徴がある。
電解伸縮機構を明らかにするために、伸縮率の異方性、ドープ量依存性、ドーパントの種類依存性、過度応答などを、総括的な実験により調べた。特に、伸縮の直接測定によって、伸縮率は筋肉の10分の1の約3%であるが力は筋肉の10倍以上発揮できることを明らかにした。これらの電解伸縮のメカニズムを説明するために2、3のモデルを提唱した。一つは、イオン半径の大きいドーパントほど大きい伸縮率が得られることから、嵩高いドーパントイオンによる伸縮である。しかし、それだけでは実験事実をすべて説明できないことから、ポリカチオンによる静電反発、あるいはヘリカル構造から剛直ロッド構造へのコンフォメーション変化の関与である。また、電解伸縮の逆の現象として、機械的な力で変形させることによって、電流が誘起される現象を見い出した。このような機構の解明によって、将来、生体筋肉以上の機能を得ることも可能である。

Research Products

• [Publications] K.Kaneto,et.al: "Response of Chemomechanical Deformation in Polyaniline film・・・" Japanese Journal of Applied Physics. 34. L837-L840 (1995)
• [Publications] W.Takashima and K.Kaneto: "Electrochemomechanical Deformation of Polyaniline film." Japanese Journal of Applied Physics. 34. 3786-3789 (1995)
• [Publications] 金藤敬一: "プラスチック人工筋肉" 表面技術. 46. 57-60 (1995)
• [Publications] 金藤敬一 他: "導電性高分子を用いたケモメカニカルアクチュエータ" 信学技報. OME-34. 31-36 (1995)
• [Publications] K.Kaneto et al: "Transport Mechanism in Evaporated C_<60> film evclr・・・" Japanese Journal of Applied Physics. 35. 190-194 (1996)
• [Publications] K.Kaneto.et.al.: "合成高分子で人工筋肉を造る." 応用物理. 65(予定). (1996)