2001 Fiscal Year Annual Research Report
電荷注入・溶媒牽引法によって高速で大変形する非イオン性高分子ゲル人工筋肉材料
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12450382
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
平井 利博 信州大学, 繊維学部, 教授 (30126700)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 真志 信州大学, 繊維学部, 助手 (90301209)
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| Keywords | 人口筋肉 / ポリマーゲル / 柔軟駆動材料 / Electrotactic Deformation / 電場駆動材料 / 高速大変形自立応答材料 / ポリビニルアルコール / ポリ塩化ビニル |
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| Research Abstract |
ジメチルスルホキシド(DMSO)で膨潤したポリビニルアルコール(PVA)ゲル(PVA-DMSOゲル)について溶媒牽引の実体を計測することからポリマーの果たす役割が、DMSOに注入された正電荷が放電する過程を抑制し、陰極側での圧力増加に寄与していることが示唆された。
これらは電流過程の計測結果からの帰結であって、ポリマーと溶媒の相互作用の重要性を示唆している。ポリ塩化ビニルのDMSOゲルでは溶媒とポリマーの相溶性が低いが、この場合にはPVA-DMSOゲルのような効果的な電場変形を誘起することはできなかったことからも注入電荷の保護作用を結果的に果たすことがPVAゲルの特徴である。それゆえ、ポリマー濃度依存性も大きく、その増加によって、変形量が著しく減少する。架橋密度に依存するのみではないことも示唆されたことになる。
この過程で、電場によってゲル中を移動する溶媒を利用したポンプ機能を実証することができた。すなわち、電極を埋設したゲル上にゲルと相溶性を持たない電気的に不活性な溶媒を重畳し、ゲル中の溶媒移動が誘起する不活性溶媒層との摩擦に由来する不活性層の流動が誘起されることを利用するポンプである。このポンプの原理はマイクロ化によって多方面に応用可能である。一方、ゲルの電場による変形を直接利用するポンプも可能であり、マイクロチューブ状に加工したゲルチューブを電場変形させることによるポンプ機能の可能性を確認した。基本的に搾り出し変形を利用するもので、マイクロ化によってその特徴を発揮できるものと考えられる。
ポリ塩化ビニルを可塑化した柔軟材料は、アメーバ様のクリープ変形を生じ、これをElectrotactic Deformation(ED)と命名した。EDを利用した折れ曲がり変形を高速化する手法を明らかにすることにも成功した。この場合には、膜厚1mmの試料が電流値がnAレベル、30msで100°の折れ曲がりを達成した。また、保存安定性にも優れ、2年以上使用可能である。
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Research Products
(4 results)
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[Publications] Md.Z.Uddin, M.Yamaguchi, M.Watanabe, H.Shirai, T.Hirai^*: "Electrically induced creeping and bending deformation of plasiticized poly(vinyl chloride)"Chemistry Letters. 2001. 360-361 (2001)
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[Publications] Md.Z.Uddin, M.Watanabe, H.Shirai, T.Hirai^*: "Creeping and novel type huge bending motion of plasticized PVC"Journal of Robotics and Mechatronics. (in press). (2002)
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[Publications] M.Watanabe, H.Shirai, T.Hirai^*: "Ionic polarization in bending-electrostrictive response of polyurethane films"Journal of Applied Physics. 90・12. 6316-6320 (2001)
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[Publications] T.Hirai^*, J.Zheng, M.Watanabe, H.Shira: "Electrically active polymer materials - application of non-ionic polymer gel and elastomers for artificial muscles, Chapter 2, in Smart fibres, fabrics and clothing"Edited by X. Tao, Woodhead. 33 (2001)
