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

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450382
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 平井 利博 信州大学, 繊維学部, 教授 (30126700)
• 研究分担者: 渡辺 真志 信州大学, 繊維学部, 助手 (90301209)
• キーワード: ポリマーゲル / ポリビニルアルコール / ポリ塩化ビニル / ポリウレタン / 可塑化 / 人工筋肉 / 電場駆動材料 / アクチュエータ

研究概要

平成14年度までに、ゲルの駆動についての概要を把握でき、残る問題は材料内の高次構造変化の時系列としての抽出である。これは、今後新たな駆動法の開発に関するテーマとしても重要な意味を持つものであり、継続的に検討の対象とする。
ゲル系では、ポリ塩化ビニルを可塑化した柔軟材料が極めて高速で大変形することを報告し、その詳細を明らかにすることができた。電場の印加により電極上に這い出してくるクリープ変形を示すため、これの詳細な過程を検証した。クリープはゲルの厚さの300%を超える場合もあり、検討対象の範囲内では陽極上に這い出しが起こる。この変形は可逆的であり、サンプルの寿命は少なくとも2年以上である。クリープの大きさ、速度は可塑剤に依存するものの誘電率には対応しないが、弾性率には対応している。しかも、弾性率がある程度大きい方が変形も大きい。これは可逆的な変形に必要な弾性を保持することが、この変形に求められていることに由来する。高分子鎖のネットワークを保持しながら、なお、その流動変形を可能にすることが必要であることによる。電流値の変化から詳細な変形過程を抽出するには、継続的な検証が必要であるが、少なくとも3段階の過程を含むことが示された。さらに、駆動材料として応用するために、非対称薄膜電極を採用することで、300°/sの屈曲変形を誘起できることを明らかにした。
エラストマー系では、導電性ポリマーで被覆したエラストマーにおいて従来比で100倍程度の大変形を誘起できることを明らかにした。この場合、単にコーティングするのではなく延伸下でコーティングすることが必要で、これにより導電性ポリマー電極層が延伸方向に変形しやすくなるように電極に皺を導入できることによると考えられた。

研究成果

• [文献書誌] T.Hirai, Md.Z.Uddin, J.Zheng, M.Watanabe, H.Shirai: "Electroactiveartificial muscle : Non-ionic polymer gels and elastomers"Proc. of International Conference on Smart Materials, Structures and Systems (ISSS-SPIE 2002), Dec.12-14, Ed. by B.Dattaguru, S.Gopalakrishnan, and S.Moham, Bangarole, India. 328-338 (2002)
• [文献書誌] T.Hirai: "Electrically active non-ionic artificial muscles -From polymer gel to elastomer-"Proceedings of Biomimetic Artificial Muscles (2002), Alberkerky, U.S.A.. (in press). (2003)
• [文献書誌] T.Hirai, Md.Z.Uddin, J.Zheng, M.Yamaguchi, S.kobayashi, M.Watanabe, H.Shirai: "Quick and large electrostrictive deformation of non-ionic soft polymer materials"Proc. of the 1th International Conference SPIE, Smart Structures and Materials, San Diego, U.S.A.. (in press). (2003)
• [文献書誌] M.Watanabe, H.Shirai, T.Hirai: "Wrinkled polypyrrole electrode for electoactive polymer actuators"J. Appl. Phys.. 92/8. 4631-4637 (2002)
• [文献書誌] M.Watanabe, H.Shirai, T.Hirai: "Ionic polarization in bending electrostrictive response of polyurethane films"J. Appl. Phys.. 90/12. 6316-6320 (2001)
• [文献書誌] Md.Z.Uddin, M.Watanabe, H.Shirai, T.Hirai: "Creeping and Novel Huge Bending of Plasticized PVC"J. Robotics and Mechatronics. 14・2. 118-123 (2002)