Improving and optimization of the actuation properties of nano-carbon polymer actuators

2013 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 23560822
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Composite materials/Physical properties
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: SUGINO Takushi 独立行政法人産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 主任研究員 (50357266)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KIYOHARA Kenji (独)産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 主任研究員 (30344188)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): ASAKA Kinji (独)産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 研究グループ長 (10184136)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Keywords: カーボンナノチューブ / イオン液体 / 高分子アクチュエータ / 導電性添加物 / ポリアニリン / 電荷移動錯体 / メカニズム

Research Abstract

In order to improve the actuation properties of nanocarbon polymer actuators, which consist of SWCNT, ionic liquids, and a base polymer, we investigated the influence of incorporation of conductive nanoparticles such as polyaniline into the electrode layer of the actuators. It was found that the strain was improved about 3 times larger than that of the actuator without any additives (the control). Moreover, the bending force was increased about 10 times larger than the control. The nanocarbon polymer actuators show the back-relaxation of displacement against DC voltage. From the view point of actuation mechanism, it was revealed that the back-relaxation is induced by the charging or discharging of anion of ionic liquid. It was also found that the addition of TCNQ or TTF-TCNQ complex into the electrode layer of the actuator improved the durability of actuation against DC-voltage. For example, the actuator with TCNQ did not show the back-relaxation for more than 2 hours.

Research Products

• [Journal Article] ナノカーボン高分子アクチュエータ (2014)
  • Author(s): 杉野卓司
  • Journal Title: 応用物理 Volume: 第83巻、第9号
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CNT/conductive polymer composites for low-voltage driven EAP actuators (2012)
  • Author(s): 杉野卓司、柴田義之、清原健司、安積欣志
  • Journal Title: Proceeding of SPIE : Electroactive Polymers and Devices (EAPAD) 2012 Volume: 8340 Pages: 83400T-1-8
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 「ナノカーボン高分子アクチュエータの電極膜への電荷移動錯体の添加効果」 (2014)
  • Author(s): 杉野卓司、柴田義之、安積欣志、三森健一、高塚智正、高橋功
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知)
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] 「高分子アクチュエータの研究開発と応用への展開」 (2014)
  • Author(s): 杉野卓司
  • Organizer: 平成25年度大阪電気通信大学エレクトロニクス基礎研究所ワークショップ
  • Place of Presentation: 大阪電気通信大学(大阪)
  • Year and Date: 2014-01-17
• [Presentation] 「高分子アクチュエータの最新動向★徹底解説～CNTを用いた小型軽量アクチュエータを詳解～」 (2014)
  • Author(s): 杉野卓司
  • Organizer: 電子ジャーナル第2056回テクニカルセミナー
  • Place of Presentation: 連合会館(東京)
  • Year and Date: 2014-01-16
• [Presentation] The influence of Ionic Liquid on the Actuation Mechanism of Polymer-based Nano-carbon Actuators (2013)
  • Author(s): 杉野卓司、柴田義之、清原健司、安積欣志
  • Organizer: The 7th World Congress on Biomimetics, Artificial Muscles and Nano-Bio (BAMN2013)
  • Place of Presentation: Jeju(韓国)
  • Year and Date: 2013-08-27
• [Presentation] 「ナノカーボン高分子アクチュエータの変形メカニズム解析」 (2013)
  • Author(s): 杉野卓司、柴田義之、清原健司、安積欣志
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学(滋賀)
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] The actuation and the application of CNT/IL-based polymer actuators (2013)
  • Author(s): 杉野卓司、安積欣志、清原健司
  • Organizer: International workshop on electroactive polymers
  • Place of Presentation: Stuttgart(ドイツ)
  • Year and Date: 2013-02-19
• [Presentation] Actuation od dry-type CNT actuators and their application to a thin and light Braille display (2012)
  • Author(s): 杉野卓司、柴田義之、清原健司、安積欣志
  • Organizer: IUMRS-ICEM 2012
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2012-09-25
• [Presentation] CNT/conductive polymer composites for low-voltage driven EAP actuators (2012)
  • Author(s): 杉野卓司、柴田義之、清原健司、安積欣志
  • Organizer: 2012 Smart Structures/NDE : Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XIV
  • Place of Presentation: San Diego(米国)
  • Year and Date: 2012-03-14
• [Presentation] 「カーボンナノチューブアクチュエータの高機能化:導電性添加物の効果」 (2011)
  • Author(s): 杉野卓司、柴田義之、清原健司、向健、安積欣志
  • Organizer: 第60回高分子討論会
  • Place of Presentation: 岡山大学(岡山)
  • Year and Date: 2011-09-28
• [Book] Soft Actuators : Materials, Modeling, Applications, and Future Perspectives "Chapter9" Carbon Nanotube/Ionic Liquid Complexes (2014)
  • Author(s): 杉野卓司、清原健司、安積欣志
  • Publisher: Springer(in press)
• [Remarks] 展示会出展 「nano tech 2014第13回国際ナノテクノロジー総合展・技術会議」 会期:2014年1月29日～31日 会場:東京ビッグサイト(東京)
• [Remarks] 展示会出展 「ビジネス・エンカレッジ・フェア2012」 会期:2012年12月5日～6日 会場:大阪国際会議場(大阪)
• [Remarks] 展示会出展 「産総研オープンラボ2012」 会期:2012年10月25日～26日 会場:(独)産業技術総合研究所、つくばセンター(茨城)
• [Patent(Industrial Property Rights)] 「炭素電極を用いたアクチュエータ」 (2012)
  • Inventor(s): 杉野卓司、安積欣志、高橋 功、高 橋智正、三森健一、芳賀宣明
  • Industrial Property Rights Holder: 産業技術総合研究所、アルプス電気 株式会社
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2012-79763
  • Filing Date: 2012-03-30