導電性高分子によるソフトアクチュエータの開発

• Project/Area Number: 11167268
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 金藤 敬一 九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 教授 (70124766)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高嶋 授 九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 助手 (10226772)
• Project Period (FY): 1999 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥16,800,000 (Direct Cost: ¥16,800,000); Fiscal Year 2002: ¥4,300,000 (Direct Cost: ¥4,300,000); Fiscal Year 2001: ¥4,600,000 (Direct Cost: ¥4,600,000); Fiscal Year 2000: ¥4,600,000 (Direct Cost: ¥4,600,000); Fiscal Year 1999: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
• Keywords: 生体機能素子 / 導電性高分子 / ソフトアクチュエータ / バイモルフアクチュエータ / 電解変形 / アニオン駆動電解変形 / カチオン駆動電解変形 / 電気化学的クリープ / 電解伸縮 / 電気化学 / ポリピロール / ポリアニリン / 収縮力 / クリープ / 人工筋肉 / ドーパント

Research Abstract

導電性高分子ポリピロール(PPy)は、電解重合成膜時の支持電解質調整により、全く相反する二つの伸縮特性、即ち陰極膨張性及び陽極膨張性を示すフィルムを作成可能なことが明らかとなった。これは、ドーピングに寄与するイオンの極性が反転したためとして説明付けられる。これらの相反的な変形を示すフィルムを各レイヤーとして二層構造に配置することにより、両層ともに伸縮活性なバイモルフ型アクチュエータが作成可能であることを見いだした。これは、PPy自立フィルムの両面における正負両イオンがシンクロ的に脱注入することが駆動源と見なされることから、従来型の単層・単イオン駆動型バイモルフアクチュエータと識別する意味で"バイアイオニックアクチュエータ(BIA)"と称される構造体である。従来、バイモルフアクチュエータは伸縮不活性な支持層と伸縮活性な伸縮層との間での自然長変化による共有接合界面での大きな変形ストレスが駆動因子である。ここに提案するBIAは、(1)両層とも伸縮活性であり、同一ポリマーをホストとした断続的な電解重合法により二層構造を形成させるために(2)シームレスな界面を形成するといった特徴を有しており、剥離性問題が無い強靭な接合界面はまた、駆動寿命を飛躍的に増大させる可能性を有している。従って、BIAは、バイモルフ型ソフトアクチュエーターとしてより理想的な駆動機構を有する構造体であり、導電性高分子の有するフィルム変形の機能性を十分に生かした構造体として、今後高い応用性が期待される。

Research Products

• [Publications] M.Fuchiwaki, W.Takashima, K.Kaneto: "Soft actuators based on poly(3-alkylthiophene) films upon electrochemical oxidation and reduction"Molecular Crystals Liquid Crystals. 374. 513-520 (2002)
• [Publications] W.Takashima, S.S.Pandey, K.Kaneto: "Cyclic step-voltammetric analysis of cation-driven and anion-driven actuation in polypyrrole films"Japanese Journal of Applied Physics. 41・12. 7532-7536 (2002)
• [Publications] W.Takashima, S.S.Pandey, K.Kaneto: "Investigation of bi-ionic contribution for the enhancement of bending actuation in polypyrrole film"Sensors and Actuators B. 89・1-2. 48-52 (2003)
• [Publications] W.Takashima, S.S.Pandey, K.Kaneto: "Bi-ionic actuator by polypyrrole film"Synthetic Metals. (in press). (2003)
• [Publications] Shyam S.Pandey, Wataru Takashima, Keiichi Kaneto: "Structure-property correlation electrochemomechanical deformation in polypyrrole film"Thin Solid Films. (accepted for publication). (2003)
• [Publications] Wataru Takashima, Shyam S.Pandey, Keiichi Kaneto: "Cyclicvoltammetric and electochmomechanical characteristics of freestanding polypyrrole films in diluted media"Thin Solid Films. (accepted for publication). (2003)
• [Publications] Keiichi KANETO, Masamitsu KANEKO: "Polymer Microactuators"RAPRA Technology Ltd.. 26 (2002)
• [Publications] Y.Sonoda, W.Takashima, K.Kaneto: "Characteristics of soft actuators based on polypyrrole films"Synthetic Metals. 121. 267-268 (2001)
• [Publications] M.Kaneko, K.Kaneto: "Deformation of poly(o-methoxyaniline) Film Induced by polymer Conformation on Electrochemical Oxidatio"Polymer Journal. 33. 104-107 (2001)
• [Publications] M.Fuchiwaki, W.Takashima, K.Kaneto: "Comparative Study of Electrochemo-mechanical Deformations of poly(3-alkylthiophene)s, Polyanilines and Polypyrrole"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 7110-7116 (2001)
• [Publications] M.Fuchiwaki, W.Takashima, K.Kaneto: "Soft actuators based on poly(3-alkylthiophene) films upon electrochemical oxidation and reduction"Molecular Crystals Liquid Crystals. (2002)
• [Publications] Keiichi Kaneto: "The Handbook of Polymers in Electronics"RAPRA Technology LTD. 16 (2002)
• [Publications] K.Kaneto,Y.Sonoda and W.Takashima: "Direct measurement and Mechanism of electrochemomechanical Expansion and Contraction in Polypyrrole Films"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・10. 5918-5922 (2000)
• [Publications] 金藤敬一: "電解反応/導電性高分子アクチュエータ、人工筋肉"表面. 51・7. 71-73 (2000)
• [Publications] M.Kaneko and K.Kaneto: "Deformation of poly(o-methoxyaniline) Film Induced by polymer Conformation on Electrochemical Oxidation"Polymer Journal. 33・1. 104-107 (2001)
• [Publications] K.Kaneto and M.Kaneko: "Contribution of conformation change of polymer structure to electrochemomenchanical deformation on polyaniline"Applied Biochemistry and Biotechnology. (発表予定). (2001)
• [Publications] Y.Sonoda,W.Takashima and K.Kaneto: "Characteristics of Soft Actuators Based on Polypyrrole Films"Synthetic Metals. (発表予定). (2001)
• [Publications] 金藤敬一: "生体模倣ソフトアクチュエータ"「バイオミメティックハンドブック」"(株)エヌ・ティー・エス. 18 (2000)
• [Publications] 金藤敬一: "有機界面における電気化学現象"「界面ハンドブック」"(株)エヌ・ティー・エス(発表予定). (2001)
• [Publications] M.Kaneko and K.Kaneto: "Electrochemomechonical deformation in pelyaniline and pely(o-methoxy aniline)"Synthetic Metals. 102. 1350-1353 (1999)
• [Publications] 金子昌充、金藤敬一: "電解伸縮ポリマーによるアクチュエータ"電子情報通信学会技術報告書(IEICE,ED). 98・231. 71-76 (1999)
• [Publications] 金藤、波多江、高嶋他: "Phitocarrier Molility in Regioregular Poly(3-hexylthiophene)Stedied by TOF"Jpn.J.Appl.Phys.. 38・10B. L1188-L1190 (1999)
• [Publications] BD.Malhotra,K.Kaneto etal: "Time of Flight Photocamer Mobilities in LB-Films of Regioregnlar Poly(3-hexylthisphere)"Jpn.J.Appl.Phys.. 38・12A. 6768-6771 (1999)
• [Publications] S.S.Pandey W.Takashima and K.K: "Elfect on Photocaroier Transporlin poly(3-hexylthiophene)"Jpn.J.Appl.Phys.. 39:2A. L1575-L1578 (2000)
• [Publications] 金藤敬一: "バイオミメティックスハンドブック"編集代表長田義に(株)エヌ・ティー・エス. 900 (2000)