(57)【要約】本発明は、一定電圧を長時間印加し続けた場合にもその変形量が維持され、逆方向の変位が生じないアクチュエータの創出を課題とする。斯かる課題を解決する手段として、電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機分子、ナノカーボン材料、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される導電性薄膜を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機分子、ナノカーボン材料、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される導電性薄膜。
【請求項２】
ナノカーボン材料が、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン及びカーボンナノファイバーからなる群から選ばれる、請求項１に記載の導電性薄膜。
【請求項３】
前記ナノカーボン材料、前記イオン液体及び前記ポリマーの合計量100重量部に対し、前記有機分子が3〜80重量部含まれる、請求項１に記載の導電性薄膜。
【請求項４】
前記ナノカーボン材料、前記イオン液体及び前記ポリマーの合計量100重量部に対し、前記有機分子が15〜40重量部含まれる、請求項３に記載の導電性薄膜。
【請求項５】
前記有機分子として、電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子の両方を含む、請求項１記載の導電性薄膜。
【請求項６】
前記有機分子として、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）を含む、請求項１に記載の導電性膜。
【請求項７】
前記ナノカーボン材料50重量部に対して、テトラシアノキノジメタンを20〜100重量部含有する、請求項６に記載の導電性膜。
【請求項８】
導電添加剤をさらに含む、請求項１に記載の導電性薄膜。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の１又は２以上の導電性薄膜と、イオン液体およびポリマーから構成される１又は２以上の電解質膜を積層してなる積層体。
【請求項１０】
請求項９の積層体からなるアクチュエータ素子。
【請求項１１】
イオン液体およびポリマーから構成される電解質膜の表面に、請求項１に記載の導電性薄膜からなる導電性薄膜層が互いに絶縁状態で少なくとも２個電極として形成され、当該導電性薄膜層に電位差を与えることにより変形可能に構成されている請求項１０に記載のアクチュエータ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１２年３月３０日に出願された、日本国特許出願第２０１２−７９７６３号明細書（その開示全体が参照により本明細書中に援用される）に基づく優先権を主張する。【０００２】
本発明は、導電性薄膜、それを有する積層体及びアクチュエータ素子に関する。ここでアクチュエータ素子は、電気化学反応や電気二重層の充放電などの電気化学プロセスを駆動力とするアクチュエータ素子である。
【背景技術】
【０００３】
空中、あるいは真空中で作動可能なアクチュエータ素子として、カーボンナノチューブとイオン液体とのゲルを導電性の伸縮性のある活性層として用いるアクチュエータが提案されている（特許文献１）。【０００４】
従来のアクチュエータ素子は、電圧を印加すると屈曲変形が生じるが、一定電圧を長時間印加し続けるとその変形量が減少してきたり、あるいは、逆方向に変形してしまうという問題が明らかになってきた。【０００５】
特許文献２は、有機分子をカーボンナノチューブにドーピングさせることで、導電性を向上させることが記載されているが、逆方向の変形（戻り変位）を阻止することについての開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７６４２８
【特許文献２】特開２０１１−７８２６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、一定電圧を長時間印加し続けた場合にもその変形量が維持され、逆方向の変位が生じないアクチュエータの創出を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
アクチュエータの応答性能は電極の電気化学的特性に大きく影響される。【０００９】
本発明者は、電極中にナノカーボン材料にpタイプ半導体特性を誘起するアクセプター性の有機分子（電子吸引性有機分子）もしくはnタイプ特性を誘起するドナー性有機分子（電子供与性有機分子）、あるいは、その両方を添加することにより、アクチュエータ応答性の変化を調べた。【００１０】
その結果、電子供与性有機分子を添加した場合は、より高速の応答性が改善され、一方、電子吸引性有機分子を添加した場合は、より低周波域の応答性が改善されることが明らかになった。また、一定電圧を印加し続けた場合の変位の戻り現象については、電子吸引性有機分子を添加した場合は、初期的に戻りが少しあるものの、2時間以上の長時間に渡って、まったく逆変位しないことが明らかになった。【００１１】
特許文献２は、カーボンナノチューブにドーピング作用を有する有機分子を含む処理液を電極膜（導電性薄膜）に含浸させているが、このようにした場合、導電性は向上するが戻り変位を阻止できるかどうかについては言及されていない。【００１２】
本発明はこれらの知見に基づき完成されたものであり、以下の導電性薄膜、積層体及びアクチュエータ素子を提供するものである。【００１３】
項１．  電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機分子、ナノカーボン材料、イオン液体およびポリマーを含む高分子ゲルから構成される導電性薄膜。【００１４】
項２．  ナノカーボン材料が、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン及びカーボンナノファイバーからなる群から選ばれる、項１に記載の導電性薄膜。【００１５】
項３．  前記ナノカーボン材料、前記イオン液体及び前記ポリマーの合計量100重量部に対し、前記有機分子が3〜80重量部含まれる、項１又は２に記載の導電性薄膜。【００１６】
項４．  前記ナノカーボン材料、前記イオン液体及び前記ポリマーの合計量100重量部に対し、前記有機分子が15〜40重量部含まれる、項３に記載の導電性薄膜。【００１７】
項５．  前記有機分子として、電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子の両方を含む、項１〜４のいずれか１項記載の導電性薄膜。【００１８】
項６．  前記有機分子として、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）を含む、項１〜５のいずれか１項に記載の導電性膜。【００１９】
項７．  前記ナノカーボン材料50重量部に対して、テトラシアノキノジメタンを20〜100重量部含有する、請求項６に記載の導電性膜。【００２０】
項８．  導電添加剤をさらに含む、項１〜７のいずれか１項に記載の導電性薄膜。【００２１】
項９．  項１〜８のいずれかに記載の１又は２以上の導電性薄膜と、イオン液体およびポリマーから構成される１又は２以上の電解質膜を積層してなる積層体。【００２２】
項１０．  項９の積層体からなるアクチュエータ素子。【００２３】
項１１．  イオン液体およびポリマーから構成される電解質膜の表面に、請求項１に記載の導電性薄膜からなる導電性薄膜層が互いに絶縁状態で少なくとも２個電極として形成され、当該導電性薄膜層に電位差を与えることにより変形可能に構成されている項１０に記載のアクチュエータ素子。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高速ないし低周波域の応答性がさらに改善され、一定電圧を印加し続けた場合の変位の戻り現象を抑制することができるようになった。【００２５】
本発明は、ナノカーボンを分散した電極を用いた高分子アクチュエータを実用化する上で極めて重要な発見である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１（Ａ）は、本発明のアクチュエータ素子（３層構造）の一例の構成の概略を示す図であり、図１（Ｂ）は、本発明のアクチュエータ素子（５層構造）の一例の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施例でアクチュエータ素子変位評価法に用いたレーザ変位計による評価法を示す。
【図３Ａ】実施例１〜３、比較例１で得られたアクチュエータの変位（伸縮率）の周波数変化を示す。横軸は周波数（Hz）、縦軸は伸縮率（％）をそれぞれ示す。
【図３Ｂ】実施例１〜３、比較例１で得られたアクチュエータのチャージ（チャージ量＋）の周波数変化を示す。横軸は周波数（Hz）、縦軸はチャージ量（＋）をそれぞれ示す。
【図３Ｃ】実施例１〜３、比較例１で得られたアクチュエータのチャージ（チャージ量−）の周波数変化を示す。横軸は周波数（Hz）、縦軸はチャージ量（−）をそれぞれ示す。
【図４】実施例１〜３及び比較例１で得られたアクチュエータの直流電圧印加時（ＤＣ２Ｖ）の耐久性評価の結果を示す。縦軸は伸縮率（％）、横軸は時間（秒）をそれぞれ示す。
【図５Ａ】実施例４〜８、比較例１で得られたアクチュエータの変位（伸縮率）の周波数変化を示す。横軸は周波数（Hz）、縦軸は伸縮率（％）をそれぞれ示す。
【図５Ｂ】実施例４〜８、比較例１で得られたアクチュエータのチャージ（チャージ量＋）の周波数変化を示す。横軸は周波数（Hz）、縦軸はチャージ量（＋）をそれぞれ示す。
【図５Ｃ】実施例４〜８、比較例１で得られたアクチュエータのチャージ（チャージ量−）の周波数変化を示す。横軸は周波数（Hz）、縦軸はチャージ量（−）をそれぞれ示す。
【図６】実施例４〜８及び比較例１で得られたアクチュエータの直流電圧印加時（ＤＣ２Ｖ）の耐久性評価の結果を示す。縦軸は伸縮率（％）、横軸は時間（秒）をそれぞれ示す。
【００２７】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、５Ａ、５Ｂ及び５Ｃにおいて、それぞれ、上図は片対数グラフ、下図は両対数グラフである。【００２８】
本明細書において、「直流電圧印加時の耐久性」若しくは「耐久性」とは、アクチュエータ素子に一定電圧を長時間印加し続けた場合の、その変形量の減少、あるいは、逆方向への変形が小さい程度を指す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明が提供する導電性薄膜は、アクチュエータ素子の電極層として使用される。１又は２以上の本発明の導電性薄膜と、１又は２以上の電解質膜とを積層して、導電性薄膜層及び電解質膜（イオン伝導層）からなるアクチュエータ素子を形成することができる。
【００３０】
本発明において、アクチュエータ素子の電極層に使用する導電性薄膜には、ナノカーボン材料、ポリマー、イオン液体と電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機分子が使用される。
【００３１】
本明細書において、「電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機分子」を単に「有機分子」と記載することがある。
【００３２】
本発明に用いられるイオン液体（ionic liquid）とは、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温（室温）を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩であり、例えば０℃、好ましくは−２０℃、さらに好ましくは−４０℃で溶融状態を呈する塩である。また、本発明で使用するイオン液体はイオン導電性が高いものが好ましい。
【００３３】
本発明においては、各種公知のイオン液体を使用することができるが、常温（室温）または常温に近い温度において液体状態を呈する安定なものが好ましい。本発明において用いられる好適なイオン液体としては、下記の一般式（Ｉ）〜（IV）で表わされるカチオン（好ましくは、イミダゾリウムイオン、第４級アンモニウムイオン）と、アニオン（Ｘ−）より成るものが挙げられる。
【００３４】
【化１】
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【００３５】
上記の式（Ｉ）〜（IV）において、Ｒは直鎖又は分枝を有するＣ１〜Ｃ１２アルキル基またはエーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基を示し、式（Ｉ）においてＲ１は直鎖又は分枝を有するＣ１〜Ｃ４アルキル基または水素原子を示す。式（Ｉ）において、ＲとＲ１は同一ではないことが好ましい。式（III）および（IV）において、ｘはそれぞれ１〜４の整数である。
【００３６】
直鎖又は分枝を有するＣ１〜Ｃ１２アルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルなどの基が挙げられる。炭素数は好ましくは１〜８，より好ましくは１〜６である。
【００３７】
直鎖又は分枝を有するＣ１〜Ｃ４アルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチルが挙げられる。
【００３８】
エーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基としては、CH2OCH3、(CH2)p(OCH2CH2)qOR2（ここで、ｐは１〜４の整数、ｑは１〜４の整数、R2はCH3又はC2H5を表す）が挙げられる。
【００３９】
アニオン（Ｘ−）としては、テトラフルオロホウ酸イオン（BF4-）、BF3CF3-、BF3C2F5-、BF3C3F7-、BF3C4F9-、ヘキサフルオロリン酸イオン（PF6-）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド酸イオン（（CF3SO2)2N-）、過塩素酸イオン(ClO4-)、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）炭素酸イオン(CF3SO2)3C-）、トリフルオロメタンスルホン酸イオン（CF3SO3-）、ジシアンアミドイオン（(CN)2N-）、トリフルオロ酢酸イオン（CF3COO-）、有機カルボン酸イオンおよびハロゲンイオンが例示できる。
【００４０】
これらのうち、イオン液体としては、例えば、カチオンが１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、[N(CH3)(CH3)(C2H5)(C2H4OC2H4OCH3)]+、アニオンがハロゲンイオン、テトラフルオロホウ酸イオンのものが、具体的に例示できる。なお、カチオン及び／又はアニオンを２種以上使用し、融点をさらに下げることも可能である。
【００４１】
ただし、これらの組み合わせに限らず、イオン液体であって、導電率が0.01Sm-1以上のものであれば、使用可能である。
【００４２】
本発明で使用されるナノカーボン材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバーを包含し、これらを単独で又は２種以上を混合して使用することができる。本発明の導電性薄膜には、ナノカーボン材料に加えて、導電添加剤を添加することができる。導電添加剤としては、カーボンブラック、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの導電性高分子が挙げられ、これらの導電添加剤を単独で又は２種以上を混合して使用することができる。ナノカーボン材料は、ナノサイズの炭素を含有する導電性材料を意味し、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバーの場合には、平均短径がナノサイズ（例えば平均短径が500nm以下、或いは300nm以下、特に100nm以下）であればよい。長径は、特に限定されず平均でサブミクロンから数ｍｍ或いはそれ以上長くてもよい。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでも多層カーボンナノチューブでもよい。導電添加剤はナノサイズであることが好ましい。カーボンブラック、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどのナノサイズの導電添加剤の微粒子（以下、導電性微粒子と称することがある）は、平均粒径が1μｍ未満、例えば500nm以下、或いは300nm以下、特に100nm以下のものが好ましく使用できる。なお、導電性微粒子は、ナノ粒子として用いる場合には、平均粒径がナノサイズである必要があるが、他の炭素含有導電性ナノ材料と組み合わせる場合には、サブミクロン或いはミクロンサイズの導電性微粒子を使用してもよい。
【００４３】
実用に供されるカーボンナノチューブの好適な例として、一酸化炭素を原料として比較的量産が可能なＨｉＰｃｏ（ユニダイム社製）が挙げられるが、勿論、これに限定されるものではない。
【００４４】
本発明に用いられるポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体［ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］などの水素原子を有するフッ素化オレフィンとパーフッ素化オレフィンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの水素原子を有するフッ素化オレフィンのホモポリマー、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ，ナフィオン）、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリレート（poly-ＨＥＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリ（メタ）アクリレート類、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）などが挙げられる。
【００４５】
有機分子としては、電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子が挙げられ、電子供与性有機分子の１種または２種以上を配合してもよく、電子吸引性有機分子の１種または２種以上を配合してもよく、少なくとも１種の電子供与性有機分子と少なくとも１種の電子吸引性有機分子を組み合わせて配合してもよい。
【００４６】
電子吸引性有機分子としては、例えば、ＢＱ：ｐ−ベンゾキノン、Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｒ4 ＢＱ（Ｒ1 −Ｒ4 は、それぞれ、同一又は異なって、Ｈ，Ｍｅ（メチル），Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ｆ，ＣＮ（シアノ）を示す。）、Ｒ1 ＢＱ：２−Ｒ1 −ＢＱ（Ｒ1 は、Ｍｅ，Ｃｌ，又はＢｒを示す。）、ＭｅＢＱ、ＣｌＢＱ、ＢｒＢＱ、Ｒ1 Ｒ2 ＢＱ：２−Ｒ1 −５−Ｒ2 −ＢＱ（Ｒ1 ，Ｒ2 は、それぞれ、同一又は異なって、Ｍｅ，Ｃｌ，Ｂｒを示す。）、Ｍｅ2 ＢＱ、Ｃｌ2 ＢＱ、ＣｌＭｅＢＱ、Ｂｒ2 ＢＱ、ＢｒＭｅＢＱ、２−Ｒ1 −６−Ｒ2 −ＢＱ（Ｒ1 ，Ｒ2 は、それぞれ、同一又は異なって、Ｍｅ，Ｃｌ，Ｂｒを示す。）、２，６−Ｃｌ2 ＢＱ、２，６−Ｂｒ2 ＢＱ、２，６−Ｍｅ2 ＢＱ、Ｃｌ3 ＢＱ：２，３，５−トリクロロ−ｐ−ベンゾキノン、ＣＡ（クロラニル）、ＢＡ（ブロマニル）、ＩＡ（ヨーダニル）、ＦＡ（フルオラニル）、ＤＤＱ：２，３−ジシアノ−５，６−ジクロロ−ｐ−ベンゾキノン、Ｍｅ4 ＢＱ（テトラメチル−ｐ−ベンゾキノン）、ｏ−ＢＱ（ｏ−ベンゾキノン）、ｏ−ＣＡ（ｏ−クロラニル）、ｏ−ＢＡ（ｏ−ブロマニル）、ＮＱ（ナフトキノン）、Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｒ4 Ｒ5 Ｒ6 ＮＱ、Ｒ1 Ｒ2 ＮＱ（例えば、２−Ｒ1 −３−Ｒ2 −ＮＱ（Ｒ1 ，Ｒ2 は、それぞれ、同一又は異なってＣｌ，ＣＮを示す。））、Ｃｌ2 ＮＱ（２，３−ジクロロナフトキノン）、（ＣＮ）2 ＮＱ（２，３−ジシアノナフトキノン）、ＡＱ（９，１０−アントラキノン）、Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｒ4 Ｒ5 ＡＱ、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）、Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｒ4ＴＣＮＱ、Ｒ1ＴＣＮＱ（例えば、２−Ｒ1 −ＴＣＮＱ（Ｒ1 は、Ｍｅ，ＯＭｅ（メトキシ），Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒを示す。））、ＭｅＴＣＮＱ、（ＯＭｅ）ＴＣＮＱ、ＦＴＣＮＱ、ＣｌＴＣＮＱ、ＢｒＴＣＮＱ、Ｒ1 Ｒ2ＴＣＮＱ（例えば、２−Ｒ1 −５−Ｒ2 −ＴＣＮＱ（Ｒ1 、Ｒ2は、それぞれ、同一又は異なって、Ｍｅ，Ｅｔ（エチル），Ｐｒ（プロピル），ＯＭｅ，Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ））、Ｍｅ2ＴＣＮＱ、Ｅｔ2ＴＣＮＱ、Ｐｒ2ＴＣＮＱ、（ＯＭｅ）2ＴＣＮＱ、Ｆ2ＴＣＮＱ、Ｃｌ2ＴＣＮＱ、Ｂｒ2ＴＣＮＱ、Ｉ2ＴＣＮＱ、ＣｌＭｅＴＣＮＱ、ＢｒＭｅＴＣＮＱ、ＩＭｅＴＣＮＱ、Ｆ4ＴＣＮＱ、ＴＣＮＮＱ（テトラシアノ−１，４−ナフトキノジメタン）、Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｒ4 Ｒ5 Ｒ6 ＴＣＮＮＱ（Ｒ1−Ｒ6 は、それぞれ、同一又は異なって、Ｈ，Ｍｅ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ｆ，ＣＮを示す。）、ＴＣＮＡＱ（テトラシアノ−９，１０−アントラキノジメタン）、Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｒ4 Ｒ5 ＴＣＮＡＱ（Ｒ1−Ｒ5 は、それぞれ、同一又は異なって、Ｈ，Ｍｅ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ｆ，ＣＮを示す。）、ＴＮＡＰ（テトラシアノ−２，６−ナフトキノジメタン）、ＤＣＮＱＩ（ジシアノキノンジイミン）、Ｒ1 ＤＣＮＱＩ（２−Ｒ1 −ジシアノキノンジイミン（Ｒ1 ，Ｒ2 は、それぞれ、同一又は異なって、Ｍｅ，Ｃｌ，Ｂｒを示す。））、ＭｅＤＣＮＱＩ（２−メチルジシアノキノンジイミン）、ＣｌＤＣＮＱＩ（２−クロロジシアノキノンジイミン）、ＢｒＤＣＮＱＩ（２−ブロモジシアノキノンジイミン）、Ｒ1 Ｒ2 ＤＣＮＱＩ（２−Ｒ1 −５−Ｒ2 −ＤＣＮＱＩ（Ｒ1 ，Ｒ2 は、それぞれ、同一又は異なって、Ｍｅ，Ｃｌ，Ｂｒを示す。））、ＤＭｅＤＣＮＱＩ（２，５−ジメチルジシアノキノンジイミン）、ＣｌＭｅＤＣＮＱＩ（２−メチル−５−ジメチルジシアノキノンジイミン）、ＤＣｌＤＣＮＱＩ（２，５−ジクロロジシアノキノンジイミン）、ＢｒＭｅＤＣＮＱＩ（２−ブロモ−５−ジメチルジシアノキノンジイミン）、Ｂｒ2 ＤＣＮＱＩ（２，５−ジブロモジシアノキノンジイミン）、Ｃｌ4 ＤＣＮＱＩ（２，３，５，６−テトラクロロジシアノキノンジイミン）、Ｆ4 ＤＣＮＱＩ（２，３，５，６−テトラフルオロジシアノキノンジイミン）、ＤＣＮＮＱＩ（ジシアノ−１，４−ナフトキノンジイミン）、Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｒ4 Ｒ5 Ｒ6 ＤＣＮＮＱＩ（Ｒ1−Ｒ6は、それぞれ、同一又は異なって、Ｈ，Ｍｅ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ｆ，ＣＮを示す。）、ＴＮＡＰ（テトラシアノ−２，６−ナフトキノジメタン）、ＤＣＮＡＱＩ（ジシアノ−９，１０−アントラキノンジイミン）、Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｒ4 Ｒ5 ＤＣＮＡＱＩ（Ｒ1−Ｒ5 は、それぞれ、同一又は異なって、Ｈ，Ｍｅ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ｆ，ＣＮを示す。）、ＴＮＡＰ（テトラシアノ−２，６−ナフトキノジメタン）、ＴＮＢ（１，３，５−トリニトロベンゼン）、ＴＮＦ（２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン）、ＤＴＦ（２，４，７−トリニトロ−９−フルオレニリデンマロノニトリル）、ＴＥＮＦ（２，４，５，７−テトラニトロ−９−フルオレノン）、ＤＴＥＮＦ（２，４，５，７−テトラニトロ−９−フルオレニリデンマロノニトリル）、ＴＣＮＥ（テトラシアノエチレン）、ＨＣＢＤ（ヘキサシアノブタジエン）、ＨＣＮＢ（ヘキサシアノベンゼン）、ＴＣＮＢ（テトラシアノベンゼン）、ＤＣＮＢ（ジシアノベンゼン）、ＰＭＤＡ（ピロメリト酸二無水物）などを挙げることができる。
【００４７】
電子供与性有機分子としては、例えば、アニリン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、ＰＤ（ｐ−フェニレンジアミン）、ＣｌＰＤ（２−クロロ−ｐ−フェニレンジアミン）、ＣｌＭｅＰＤ（２−クロロ−５−メチル−ｐ−フェニレンジアミン）、ＤＣｌＰＤ（２，５−ジクロロ−ｐ−フェニレンジアミン）、ＤＭｅＰＤ（２，５−ジメチル−ｐ−フェニレンジアミン）、ＤＡＤ（ジアミノジュレン）、ＴＭＰＤ（Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチル−ＰＤ）、Ｎ，Ｎ−ＤＭｅＰＤ（Ｎ，Ｎ−ジメチル−ＰＤ、１，５−ジメチルナフタレン）、１，８−ジメチルナフタレン、ベンジジン、ＴＭＢ（３，３'，５，５'−テトラメチルベンジジン）、ＮＮＮ'Ｎ'−ＴＭＢ（Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチル−ベンジジン）、ＤＡＰ（１，６−ジアミノピレン）、ＴＭＤＡＰ（Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチル−ＤＡＰ）、フェナジン、Ｍ2 Ｐ（５，１０−ジメチル−５，１０−ジヒドロフェナジン）、Ｅ2 Ｐ（５，１０−ジエチル−５，１０−ジヒドロフェナジン）、Ｐｒ2 Ｐ（５，１０−ジプロピル−５，１０−ジヒドロフェナジン）、ＨＭＰ（５−メチル−５，１０−ジヒドロフェナジン）、Ｍ6 Ｐ（５，１０−ジヒドロ−２，３，５，７，８，１０−ヘキサメチルフェナジン）、ＰＴＺ（フェノチアジン）、Ｎ−ＭｅＰＴＺ（Ｎ−メチルフェノチアジン）、ＣｌＰＴＺ（２−クロロフェノチアジン）、ＴＤＡＥ（テトラキス（ジメチルアミノ）エチレンフェロセン）、ジメチルフェロセン、デカメチルフェロセン、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン、コバルトセン、ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）、ＤＭＴＴＦ（２，６−ジメチルテトラチアフルバレン）、ＴＭＴＴＦ（テトラメチルテトラチアフルバレン）、ＤＰｈＴＴＦ（２，６−ジフェニルテトラチアフルバレン）、ＤＰｈＤＭＴＴＦ（２，６−ジフェニル−３，７−ジメチルテトラチアフルバレン）、ＤＢＴＴＦ（ジベンゾテトラチアフルバレン）、ＯＭＴＴＦ（オクタメチレンテトラチアフルバレン）、ＨＭＴＴＦ（ヘキサメチレンテトラチアフルバレン）、ＴＳＦ（テトラセレナフルバレン）、ＴＭＴＳＦ（テトラメチルテトラセレナフルバレン）、ＨＭＴＳＦ（ヘキサメチレンテトラセレナフルバレン）、ＨＭＴＴｅＦ（ヘキサメチレンテトラテルラフルバレン）、ＴＴＴ（テトラチアテトラセン）、ＴＳＴ（テトラセレナテトラセン）、ＢＴＰ（テトラフェニルビチオピラリデン）、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ペンタセン、ピレン、ペニレン、アズレン、アセナフテン、カルバゾール、アクリジンなどを挙げることができる。
【００４８】
構成成分が均質に混合された導電性薄膜を容易に調製できるとの観点から、後述する溶媒への分散性が高い有機分子を用いることが好ましい。例えば、Ｆ４ＴＣＱＮ（テトラフルオロテトラシアノキノジメタン）は、溶媒への分散性が劣る傾向がある。
【００４９】
アクチュエータ素子の電極層に使用される導電性薄膜は、ナノカーボン材料、イオン液体、ポリマー、並びに、電子供与性有機分子及び電子吸引性有機分子からなる群から選ばれる少なくとも１種の有機分子から構成される。
【００５０】
導電性薄膜中のこれらの成分の好ましい配合割合は：
ナノカーボン材料：
5〜90重量％、好ましくは10〜70重量％、より好ましくは15〜50重量%；
イオン液体：
5〜80重量％、好ましくは15〜73.4重量％、より好ましくは20〜69重量%；
ポリマー：
4〜70重量％、好ましくは10〜68.4重量％、より好ましくは11〜64重量%；である。
【００５１】
有機分子は、ナノカーボン材料、イオン液体及びポリマーの合計量100重量部に対し3〜80重量部、好ましくは10〜65重量部、より好ましくは15〜40重量部配合される。
【００５２】
ナノカーボン材料と有機分子との配合割合は特に限定されるものではないが、本発明の好ましい態様において、ナノカーボン材料50重量部に対して、有機分子は20〜100重量部、好ましくは30〜80重量部、特に好ましくは40〜60重量部配合される。ナノカーボン材料に対して、有機分子が過剰量配合されると、応答性が低下する傾向がある。有機分子が不足すると、一定電圧を長時間印加し続けた場合にも変形量が維持される等の効果が不十分となる傾向がある。
【００５３】
有機分子を２種以上配合する場合、各々の有機分子の配合割合は特に限定されるものではない。２種の有機分子を配合する場合、各有機分子の配合割合を、例えば、１：３〜３：１、１：２〜２：１、1.5：0.95〜0.95：1.5、約当量ずつ等とすることができる。
【００５４】
本発明のアクチュエータ素子は、１又は２以上の上記導電性薄膜と、１又は２以上の電解質膜とを積層して形成される、導電性薄膜層及び電解質膜（イオン伝導層）からなるアクチュエータ素子である。導電性薄膜層は、互いに絶縁状態で形成されることが好ましい。本発明のアクチュエータ素子としては、例えば、電解質膜1を、その両側から、ナノカーボン材料とイオン液体とポリマーと導電補助剤を含む導電性薄膜層（電極層）2,2で挟んだ３層構造のものが挙げられる(図1A)。また、電極の表面伝導性を増すために、電極層2,2の外側にさらに導電層3,3が形成された５層構造のアクチュエータ素子であってもよい(図1B)。
【００５５】
本発明の好ましい態様においては、電解質膜の表面に導電性薄膜層が形成される。電解質膜の表面に導電性薄膜層を形成してアクチュエータ素子を得るためには、ナノカーボン材料、イオン液体、ポリマーおよび有機分子を溶媒に分散した電極用ゲル溶液とイオン液体およびポリマーからなる電解質膜用ゲル溶液を交互にキャスト法により塗布、乾燥、積層することにより行うことができる。もしくは、上記のようにキャスト、乾燥することにより得た電解質膜の表面に、同様に別途、キャスト、乾燥することにより得た導電性薄膜を熱圧着することにより得ることが出来る。
【００５６】
また、導電性薄膜は例えば以下の様にして得ることもできる。一例として、有機分子を配合したナノカーボン材料にイオン液体を染み込ませることによって導電性薄膜を得ることができる。あるいは、有機分子を配合したナノカーボン材料にイオン液体とポリマーを溶媒に分散させたイオン液体ゲルの溶液を染み込ませることによっても、導電性薄膜を得ることができる。あるいは、溶液中に有機分子を配合したナノカーボン材料を浸し、その後、溶媒を乾燥させることによっても、導電性薄膜を得ることができる。
【００５７】
電解質膜は、電解質膜用ゲル溶液（イオンゲル溶液）をキャスト法により製膜し、溶媒を蒸発、乾燥させることによって得ることができる。
【００５８】
本発明では、有機分子、ナノカーボン材料とイオン液体、必要に応じてさらにポリマーを含む導電性薄膜層の調製において、各成分を均質に混合するのが重要である。各成分が均質混合された分散液を調製するためには、溶媒（溶剤）を用いるのが好ましい。溶媒の具体例としては、疎水性溶媒、親水性溶媒、疎水性溶媒と親水性溶媒との組み合わせが挙げられる。
【００５９】
用いる溶媒は、適宜選択することができる。例えば、イオン液体、有機分子、ポリマー等が親水性である場合には、親水性溶媒と疎水性溶媒との混合溶媒、又は、親水性溶媒を用いることができる。イオン液体、有機分子、ポリマー等が疎水性である場合には、疎水性溶媒を用いることができる。親水性溶媒と疎水性溶媒との混合溶媒を用いることが、親水性溶媒を用いる場合に比して導電性薄膜層の性能を向上させる場合があり、好適な態様の一つである。
【００６０】
親水性溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどのカーボネート類、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトン、メタノール、エタノールなどの炭素数１〜３の低級アルコール、アセトニトリル、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルミアミド等が挙げられる。疎水性溶媒としては、４−メチルペンタン−２−オンなどの炭素数５〜１０のケトン類、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素類、トルエン、ベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素類等が挙げられる。
【００６１】
本発明の導電性薄膜を製造するための分散液は、有機分子、イオン液体とナノカーボン材料を混練してゲル化させ、その後ポリマーと溶媒（溶剤）を加えて分散液を調製してもよい。あるいは、有機分子、ナノカーボン材料、イオン液体、ポリマー及び必要に応じて溶媒（溶剤）を加え、ゲル化のプロセスなしに分散液を調製してもよい。その場合、各成分を混合するのに超音波による分散も有効である。
【００６２】
いったんゲル化させた後に分散液を調製する場合、混合溶媒の割合としては、親水性溶媒：疎水性溶媒（重量比）＝２０：１〜１：１０であるのが好ましく、２：１〜１：５であるのがより好ましい。
【００６３】
また、ゲル化のプロセスなしに分散液を調製する場合、親水性溶媒（PC）/疎水性溶媒（MP）=1/100〜20/100が好ましく、より好ましくは3/100〜15/100を用いる。また、N, N-ジメチルアセトアミドやN-メチル-2-ピロリドンを、それぞれ、単独の溶媒として用いることもできる。
【００６４】
導電性薄膜は、有機分子、ナノカーボン材料、イオン液体及びポリマーを含む高分子ゲルから構成される。
【００６５】
導電性薄膜中の（有機分子＋ナノカーボン材料＋イオン液体）と（ポリマー）の配合比（重量比）は、（有機分子＋ナノカーボン材料＋イオン液体）：（ポリマー）＝１：２〜５：１であるのが好ましく、（有機分子＋ナノカーボン材料＋イオン液体）：（ポリマー）＝１：１〜３：１であるのがより好ましい。有機分子とナノカーボン材料とイオン液体を混合して予めゲルを形成し、このゲルにポリマーと溶媒を混合して導電性薄膜調製用の分散液を得ることもできる。この場合、（有機分子＋ナノカーボン材料＋イオン液体）：（ポリマー）は、より好ましくは１：１〜３：１である。
【００６６】
なお、導電性薄膜には溶媒（例えば、疎水性溶媒と親水性溶媒。）が若干含まれていてもよいが、通常の乾燥条件において除去可能な溶媒はできるだけ除去しておくのが好ましい。
【００６７】
電解質膜は、ポリマーとイオン液体からなるゲル状組成物により構成される。本明細書において、「電解質膜」を「イオン伝導層」と換言することができる。好ましい電解質膜は、このゲル状組成物を得る際のイオン液体とポリマーの配合比（重量比）が、イオン液体：ポリマー＝１：４〜４：１であるのが好ましく、イオン液体：ポリマー＝１：２〜２：１であるのがより好ましい。この配合の際は、親水性溶媒、または、親水性溶媒と疎水性溶媒とを任意の割合で混合した溶媒を用いるのが好ましい。
【００６８】
電解質層は、２つ以上の導電性薄膜層を分離するセパレーターの役割を果たす。電解質層は、ポリマーを溶媒に溶解し、塗布、印刷、押し出し、キャスト、射出などの常法に従い形成することができる。電解質層は、実質的にポリマーのみで形成してもよく、イオン液体をポリマーに加えて形成してもよい。
【００６９】
導電性薄膜層と電解質層とに使用するポリマーは、同一であっても異なっていてもよい。両者は同一であるか、性質の類似したポリマーであることが、導電性薄膜層とイオン伝導層の密着性を向上させるとの観点から好ましい。
【００７０】
本発明のアクチュエータ素子において、電解質膜の厚さは、5〜200μｍであるのが好ましく、10〜100μｍであるのがより好ましい。導電性薄膜層の厚さは、10〜500μｍであるのが好ましく、50〜300μｍであるのがより好ましい。また、各層の製膜にあたっては、スピンコート、印刷、スプレー等も用いることができる。さらに、押し出し法、射出法等も用いることができる。
【００７１】
このようにして得られたアクチュエータ素子は、電極間（電極は導電性薄膜層に接続されている）に０．５〜４Ｖの直流電圧を加えると、数秒以内に素子長の０．０５〜１倍程度の変位を得ることができる。また、このアクチュエータ素子は、空気中あるいは真空中で、柔軟に作動することができる。
【００７２】
上記の方法で得ることのできるアクチュエータ素子によれば、ナノカーボン材料とイオン液体とのゲルの界面有効面積が極めて大きくなることから、界面電気二重層におけるインピーダンスが小さくなり、ナノカーボン材料の電気伸縮効果が有効に利用される効果に寄与する。また、機械的には、界面の接合の密着性が良好となり、素子の耐久性が大きくなる。その結果、空気中、真空中で、応答性がよく変位量の大きい、且つ耐久性のある素子を得ることができる。しかも、構造が簡単で、小型化が容易であり、小電力で作動することができる。さらに、ナノカーボン材料に導電性の添加剤を加えることにより、電極膜の導電性および充填率が向上し、従来の同様の素子より、効率的に力の発生が起こる。
【００７３】
本発明のアクチュエータ素子は、空気中、真空中で耐久性良く作動し、しかも低電圧で柔軟に作動することから、安全性が必要な人と接するロボットのアクチュエータ（例えば、ホームロボット、ペットロボット、アミューズメントロボットなどのパーソナルロボットのアクチュエータ）、また、宇宙環境用、真空チェンバー内用、レスキュー用などの特殊環境下で働くロボット、また、手術デバイスやマッスルスーツ、床ずれ防止用などの医療、福祉用ロボット、ブレーキ、さらにはマイクロマシーンなどのためのアクチュエータとして最適である。
【００７４】
特に、純度の高い製品を得るために、真空環境下、超クリーンな環境下での材料製造において、純度の高い製品を得るために、試料の運搬や位置決め等のためのアクチュエータの要求が高まっており、全く蒸発しないイオン液体を用いた本発明のアクチュエータ素子は、汚染の心配のないアクチュエータとして、真空環境下でのプロセス用アクチュエータとして有効に用いることができる。
【００７５】
なお、電解質膜表面への導電性薄膜層の形成は少なくとも２層必要であるが、平面状の電解質膜１の表面に多数の導電性薄膜層２を配置することにより、複雑な動きをさせることも可能である。このような素子により、蠕動運動による運搬や、マイクロマニピュレータなどを実現可能である。また、本発明のアクチュエータ素子の形状は、平面状とは限らず、任意の形状の素子が容易に製造可能である。例えば、径が１ｍｍ程度の電解質膜１のロッドの周囲に４本の導電性薄膜層２を形成したものが挙げられる。この素子により、細管内に挿入できるようなアクチュエータが実現可能である。
【実施例】
【００７６】
以下、本発明を実施例に基づき、より詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことは言うまでもない。【００７７】
なお、本実施例において、アクチュエータ素子変位評価は、以下のようにして行った。【００７８】
アクチュエータ素子変位評価法：図２に示す様にレーザ変位計を用い、素子を1mmx10mmの短冊状に切り取り、電圧を加えた時の5mmの位置の変位を測定した。測定した変位から式（１）により伸縮率を求め、各アクチュエータ素子の変形量を比較した。図２に示す系において、変形量の測定と同時に、ポテンシオスタット及びオシロスコープを用いて、チャージ量及び周波数の測定ができる。【００７９】
【数１】
2013147031.tif 000004
【００８０】
ここで、ε（伸縮率（％））、W(アクチュエータの厚み(mm))、L(自由長：５mm)、D(変位量（mm）)である。【００８１】
実施例および比較例で用いたイオン液体（ＩＬ）は、エチルメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ４）である。【００８２】
実施例および比較例で用いたカーボンナノチューブは、高純度単層カーボンナノチューブ（ユニダイム社製「ＨｉＰｃｏ」）（以下、ＳＷＣＮＴともいう）である。【００８３】
実施例および比較例で用いたポリマーは、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体［ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）；商品名kynar2801］(Ｖ)である。【００８４】
【化２】
2013147031.tif 000005
【００８５】
実施例および比較例で用いた溶媒はN,N-ジメチルアセトアミド（DMAC）である。【００８６】
実施例で用いたＴＣＮＱは、アルドリッチ社製である。 【００８７】
実施例で用いたＴＴＦは、アルドリッチ社製である。【００８８】
調製例１
［導電性薄膜層形成用分散液の調製］
DMAC溶媒中に、カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）とイオン液体（ＩＬ）、ポリマー［粉末状ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］、有機分子を分散させて、マグネチックスターラーにて撹拌、その後、超音波による分散を行うことにより導電性薄膜層形成用分散液を調製する。【００８９】
［電解質膜形成用溶液の調製］
イオン液体（ＩＬ）とポリマー［粉末状ＰＶＤＦ（ＨＦＰ）］を、上記導電性薄膜層形成用分散液の調製と同様にして、溶媒に溶解させることにより、電解質膜形成用溶液を調製する。【００９０】
［アクチュエータ素子の製造］
導電性薄膜、電解質膜は、それぞれ上記のように調製した分散液および溶液を、別々にキャストし、室温で一昼夜溶媒を乾燥させ、次いで、真空乾燥を行うことにより得る。【００９１】
得られた導電性薄膜2枚の間に、電解質膜を1枚挟んで熱圧着することにより3層構造のアクチュエータ素子を得る。【００９２】
［アクチュエータ素子の評価方法］
製造したアクチュエータ素子の変位応答性の評価は、図２に示した装置を用いて行った。アクチュエータ素子を、幅１ｍｍ×長さ１０ｍｍの短冊状に切断し、端３ｍｍの部分を電極付きホルダーでつかんで、空気中で電圧を加え、レーザ変位計を用いて、固定端から５ｍｍの位置での変位を測定して行った。【００９３】
［導電性薄膜の導電率とヤング率の評価］
製造した導電性薄膜の導電率は四端子法により求めた。また、ヤング率は応力−ひずみ測定により求めた。【００９４】
実施例１
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び電子供与性有機分子（TTF）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/TTF=50.7mg/80.1mg/120.8mg/50.7mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg【００９５】
実施例２
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子（TCNQ）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/TCNQ=50.2mg/80.2mg/120.8mg/50.6mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg【００９６】
実施例３
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び有機分子（TTF、TCNQ）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/TTF/TCNQ=50.7mg/80.1mg/120.1mg/25.1mg/25.0mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg【００９７】
実施例４
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び電子供与性有機分子（フェノチアジン）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/フェノチアジン=50.4mg/80.2mg/120.1mg/50.1mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg【００９８】
実施例５
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子（TCNQ）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/TCNQ=50.2mg/80.2mg/120.8mg/25.0mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg【００９９】
実施例６
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子（クロラニル）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/クロラニル=50.2mg/80.2mg/120.8mg/50.0mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg【０１００】
実施例７
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子（ブロマニル）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/ブロマニル=50.2mg/80.2mg/120.8mg/50.1mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg【０１０１】
実施例８
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)及び電子吸引性有機分子（PMDA）を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4/PMDA=50.2mg/80.2mg/120.8mg/50.3mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=101.8mg/114.3mg
以下に、用いた有機分子の構造を示す。【０１０２】
【化３】
2013147031.tif 000006
【０１０３】
比較例１
以下の比率で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、イオン液体（ＥＭＩＢＦ４）、ポリマー(kynar2801)を使用して、導電性薄膜層(電極)−電解質膜−導電性薄膜層(電極)からなる、３層構造のフィルム状のアクチュエータ素子を製造した。
電極：CNT/kynar2801/EMIBF4=50.2mg/80.0mg/125.6mg
電解質：kynar2801/EMIBF4=206.2mg/208.3mg【０１０４】
試験例１
実施例１〜８および比較例１で得られたアクチュエータ素子の電圧に対する応答性、耐久性、電極膜の特性の評価を行った。得られた結果を、図３〜図７及び表１〜表３に示す。【０１０５】
図３〜図７の結果から、導電性薄膜層が電子供与性有機分子（TTF）を含有する場合、より高速の応答性が改善されることが明らかになった。一方、導電性薄膜層が電子吸引性有機分子（TCNQ）を含有する場合、より低周波域の応答性が改善されることが明らかになった。【０１０６】
また、一定電圧を印加し続けた場合の変位の戻り現象（逆変位）については、TCNQ等の電子吸引性有機分子を添加することにより戻り現象を抑制できることが明らかになった。また、TTF等の電子供与性有機分子は戻り現象（逆変位）を軽減できることが明らかになった。【０１０７】
なかでも、導電性薄膜層が電子吸引性有機分子としてTCNQを含有する場合、一定電圧を長時間印加し続けた場合にもその変形量が維持され、逆方向の変位が生じない効果が高く、かつ、変位量が顕著に高いことが明らかになった。また、電子供与性有機分子と電子吸引性有機分子（TCQNとTTF）を併用する場合、一定電圧を長時間印加し続けた場合にもその変形量が維持され、逆方向の変位が生じない効果が顕著に高いことが明らかになった。【０１０８】
【表１】
2013147031.tif 000007
【０１０９】
実施例１〜３、比較例１で得られた導電性薄膜の導電率【０１１０】
【表２】
2013147031.tif 000008
【０１１１】
実施例１〜３、比較例１で得られた導電性薄膜のヤング率【０１１２】
【表３】
2013147031.tif 000009
【０１１３】
有機分子添加による直流電圧印加時の耐久性の改善効果
【符号の説明】
【０１１４】
１  電解質膜
２  導電性薄膜層
３  導電層
【図１】
2013147031.tif 000010
【図２】
2013147031.tif 000011
【図３Ａ】
2013147031.tif 000012
【図３Ｂ】
2013147031.tif 000013
【図３Ｃ】
2013147031.tif 000014
【図４】
2013147031.tif 000015
【図５Ａ】
2013147031.tif 000016
【図５Ｂ】
2013147031.tif 000017
【図５Ｃ】
2013147031.tif 000018
【図６】
2013147031.tif 000019
【国際調査報告】
2013147031.tif 000020
2013147031.tif 000021
2013147031.tif 000022
2013147031.tif 000023