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超分子構造に基づく導電性高分子アクチュエータ

Research Project

Project/Area Number 11J09342
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Functional materials/Devices
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

富永 和生  九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords導電性高分子アクチュエータ / 電気化学クリープ / PEDOT / ポリピロール / ジピロロアルカン / ジチエノアルカン
Research Abstract

導電性高分子アクチュエータには長期安定性が必要であり、中でも特に重要な問題である電気化学クリープ現象は、電気化学刺激を受ける事でクリープが促進されてしまう現象である.この電気化学クリープは温度、負荷により増加する事が今回の実験で明らかとなった.さらに温度変化において、高温状態ではエントロピー弾性が発現し、高分子の熱運動が電気化学刺激との相互作用で発生する現象だとわかった.さらに、伸縮運動を行う際、電気化学活性層というモデルを立てる事で、電気化学反応部と伸縮率の関係を示した.その結果膜全体の約25%が電気化学活性となる事で最大伸縮量を示す事が判った.このような結果から電気化学クリープ抑制のため、架橋分子の導入というシンプルな方法でこれらを解決することができた.架橋分子の合成には、導電性高分子アクチュエータの主鎖に使用しているピロールから架橋分子であるジピロロアルカンを新規に合成し導入する事で電気化学クリープの抑制を可能とした.しかし、架橋ポリピロールは、ジピロロアルカンにより実効共役長を減少させてしまう事となり、導電率の低下、注入電荷量の低下に伴う伸縮率の低下という問題を引き起こした.そこでポリエチレンジオキシチオフェンを主骨格にチオフェンを架橋分子としたジチエノアルカンを導入した新規架橋導電性高分子アクチュエータを開発した.ポリエチレンジオキシチオフェンのみのアクチュエータの性能はピロールを遥かにしのぐ安定性動作を示した.さらに荷重の増加による伸縮率の増大というこれまでにない新たな現象の発見にも至った.このようなポリエチレンジオキシチオフェンを使用した新規架橋導電性高分子アクチュエータは電気化学クリープの抑制はもちろん、負荷に対する伸縮率の安定動作をも可能にした.本研究により電気化学クリープ現象の特性解明さらに抑制方法と安定な導電性高分子アクチュエータの分子設計の指針を示した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の目的として超分子を用いた複雑な分子を設計していたが、より簡単な架橋分子を設計し導入することで本来の目的である電気化学クリープを抑制できることを見出した.さらに、電気化学的に不安定であったアクチュエータを新たな高分子主鎖をを用いることで安定化させ、これまで以上に長期運転の可能性を見出した.また、電気化学クリープ現象はこれまでほとんどその現象が把握できていなかったが、温度、荷重、活性層などを調べることでその挙動を把握することができた.以上のことにより本来の目的であることは達成し、さらに性能の良いアクチュエータの作製に成功していることから当初の計画以上に進展していると言える.

Report

(1 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Suppression of electrochemical creep by cross-link in polypyrrole soft actuators2011

    • Author(s)
      Kazuo Tominaga
    • Journal Title

      Physics Procedia

      Volume: 14 Pages: 143-146

    • DOI

      10.1016/j.phpro.2011.05.028

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cross-linker effects on electrochemical creep in polypyrrole soft actuators2011

    • Author(s)
      Kazuo Tominag
    • Journal Title

      Functionally Groded Material FORUM of JAPAN

      Volume: 25

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Training and shape retention in conducting polymer artificial muscles2011

    • Author(s)
      Kazuo Tominaga
    • Journal Title

      Smart Materials and Structures

      Volume: 20

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Electrochemical Creep of Polypyrrole film in Ionic Liquids2011

    • Author(s)
      Kazuo Tominaga
    • Organizer
      India-Japan Workshop on Bio molecular Electronics & Organic Nanotechnology for Enviroment Presevation
    • Place of Presentation
      兵庫県(姫路)
    • Year and Date
      2011-12-09
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrochemical Generated Strains Of Polypyrrole film in Ionic Liquids2011

    • Author(s)
      Kazuo Tominaga
    • Organizer
      Materials Research Society
    • Place of Presentation
      Hynes Conention Center, Boston, MA, USA
    • Year and Date
      2011-11-29
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrochemical Actuation and Creeping of Porous Polypyrrole film in Ionic Liquids2011

    • Author(s)
      Kazuo Tominaga
    • Organizer
      Biomimetics, Artifical Muscles and Nano-Bio
    • Place of Presentation
      Cergy-Pontoise, Paris, France
    • Year and Date
      2011-09-25
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] ポリピロールとイオン性液体を用いたソフトアクチュエータの動作特性2011

    • Author(s)
      富永和生
    • Organizer
      第72回応用物理学会講演
    • Place of Presentation
      山形大学(米沢市)
    • Year and Date
      2011-09-02
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 導電性高分子アクチュエータのクリープ現象2011

    • Author(s)
      富永和生
    • Organizer
      第72回応用物理学会講演
    • Place of Presentation
      山形大学(米沢市)
    • Year and Date
      2011-09-01
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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