(57)【要約】【課題】本発明は、電歪複合構造体及び電歪素子に関する。【解決手段】本発明の電歪複合構造体は、柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体の中に設置された複数の一次元の導電構造体を含む。前記複数の一次元の導電構造体の軸方向が同じ方向に沿って配列される。電流が前記複数の一次元の導電構造体の軸方向に垂直な方向に沿って流す場合、該複数の一次元の導電構造体がその軸方向に垂直な方向に沿って、膨張する。また、本発明は、電歪複合構造体を利用した電歪素子を提供する。【選択図】図１
2011024414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体の中に設置された複数の一次元の導電構造体を含む電歪複合構造体において、
前記複数の一次元の導電構造体の軸方向が同じ方向に沿って配列され、
前記複数の一次元の導電構造体の軸方向に垂直な方向に沿って電流を流すことにより、該複数の一次元の導電構造体がその軸方向に垂直な方向に沿って、膨張することを特徴とする電歪複合構造体。
【請求項２】
前記複数の一次元の導電構造体が、複数のカーボンナノチューブであり、該複数のカーボンナノチューブが平行し、同じ方向に沿って配列され、分子間力で端と端が接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電歪複合構造体。
【請求項３】
電歪複合構造体、第一電極及び第二電極を含む電歪素子において、
前記電歪複合構造体が、柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体に設置された複数の一次元の導電構造体を含み、
前記一次元の導電構造体の軸方向が同じ方向に沿って配列され、
前記第一電極及び前記第二電極が、前記電歪複合構造体における前記一次元の導電構造体の軸方向に沿う方向の両端に設置され、該電歪複合構造体と電気的に接続されていることを特徴とする電歪素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電歪複合構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）及び電歪素子に関し、特に所定の方向に沿って膨張する電歪複合構造体及び電歪素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電歪複合構造体は、電界、電圧又は電流の作用で変形し、運動を生み、電気エネルギーを機械エネルギーに変換させる材料である。
【０００３】
従来の電歪複合構造体は、形状記憶合金（ｓｈａｐｅ  ｍｅｍｏｒｙ  ａｌｌｏｙ）、圧電セラミックス、ポリフッ化ビニリデンなどを含む。しかし、前記電歪複合構造体の電歪率が小さく、柔靭性が弱く、人工筋肉とすることに適合しない。
【０００４】
従来技術における誘電体弾性材料は、シリコーン樹脂又はポリアクリル酸樹脂である。前記誘電体弾性材料は、高い電歪率、優れた柔靭性を有し、生物筋肉と類似した特性を有する。実際応用する時には、前記誘電体弾性材料からなる誘電体弾性フィルムを、平行した二つの金属電極に設置する。前記二つの金属電極に高圧直流電圧を印加する場合、前記二つの金属電極の間に形成された静電気的引力は、前記誘電体弾性フィルムの表面に垂直な方向に沿って、該誘電体弾性フィルムを押し出す。これによって、前記誘電体弾性フィルムは、該誘電体弾性フィルムの表面に平行する平面において、各々の方向に沿って膨張する。前記二つの金属電極に高圧直流電圧を印加することを止める場合、前記誘電体弾性フィルムを押し出す静電気的引力がなくなり、該誘電体弾性フィルムは、元の形状に回復する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ  Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ  Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ  Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記誘電体弾性フィルムを動作させるためには、高圧直流電圧を印加する必要があるので、前記誘電体弾性フィルムの使用コストが高まり、その応用が制限される。また、前記誘電体弾性フィルムが膨張する際、同一平面において、各々の方向に沿って膨張するので、該誘電体弾性フィルムの応用が制限される。
【０００７】
従って、本発明は、所定の方向に沿って膨張する電歪複合構造体及び電歪素子提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電歪複合構造体は、柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体の中に設置された複数の一次元の導電構造体を含む。前記複数の一次元の導電構造体の軸方向が同じ方向に沿って配列され、電流を前記複数の一次元の導電構造体の軸方向に垂直な方向に沿って流す場合、該複数の一次元の導電構造体がその軸方向に垂直な方向に沿って、膨張する。
【０００９】
前記複数の一次元の導電構造体が、複数のカーボンナノチューブであり、該複数のカーボンナノチューブが平行し、同じ方向に沿って配列され、分子間力で端と端が接続される。
【００１０】
電歪素子は、電歪複合構造体、第一電極及び第二電極を含む。前記電歪複合構造体が、柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体に設置された複数の一次元の導電構造体を含む。前記一次元の導電構造体の軸方向が同じ方向に沿って配列され、前記第一電極及び前記第二電極が、前記電歪複合構造体における前記一次元の導電構造体の軸方向に沿う方向の両端に設置され、該電歪複合構造体と電気的に接続される。
【発明の効果】
【００１１】
前記電歪複合構造体及び該電歪複合構造体を利用した電歪素子が、柔軟性の高分子構造体及び該前記柔軟性の高分子構造体に複合された複数の一次元の導電構造体を含む。前記柔軟性の高分子構造体において、前記複数の一次元の導電構造体の軸方向が同じ方向に沿って配列される。前記一次元の導電構造体からなる構造体が該一次元の導電構造体の軸方向に垂直な方向におけるヤング率が小さく、該一次元の導電構造体の軸方向に沿う方向におけるヤング率が大きいので、前記電歪複合構造体に電流を流す時、前記柔軟性の高分子構造体は、ヤング率が小さい方向において、膨張しやすく、ヤング率が大きい方向において、前記一次元の導電構造体が前記柔軟性の高分子構造体の膨張を阻止する。従って、前記電歪複合構造体は、前記一次元の導電構造体の軸方向に垂直な方向（ヤング率が小さい方向）だけに膨張する。前記電歪複合構造体が所定の方向に沿って膨張するので、前記電歪素子が所定の方向に沿って膨張する。従って、前記電歪複合構造体及び該電歪複合構造体を利用した電歪素子は、精確に制御する必要がある素子に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る電歪複合構造体の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電歪複合構造体の図１に示すＩＩ-ＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電歪複合構造体におけるカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の実施形態に係る電歪複合構造体におけるカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電歪複合構造体におけるカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電歪複合構造体の、電流を流す前と電流を流す後とを比較する図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電歪素子の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る電歪素子の図７に示すＶＩＩＩ-ＶＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
本発明は、電歪複合構造体を提供する。該電歪複合構造体は、柔軟性の高分子構造体及び該柔軟性の高分子構造体の中に設置された複数の一次元の導電構造体を含む。該複数の一次元の導電構造体の軸方向が同じ方向に沿って、配列される。
【００１５】
前記柔軟性の高分子構造体は、所定の厚さを有するフィルムであり、柔軟性の材料からなる。前記柔軟性の高分子構造体の材料は、シリコーンゴム、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリル、ポリアニリンなどの一種又は数種の混合物である。前記一次元の導電構造体は、前記一次元の導電構造体２２は、前記電歪複合構造体２０における質量パーセンテージ含有量が０．１％〜５０％である。具体的には、前記一次元の導電構造体２２は、炭素繊維、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤなどの一種又は数種からなる。
【００１６】
（実施形態１）
図１及び図２を参照すると、本実施形態は、電歪複合構造体２０を提供する。該電歪複合構造体２０は、柔軟性の高分子構造体２４及び該柔軟性の高分子構造体２４の中に設置された複数の一次元の導電構造体２２を含む。前記柔軟性の高分子構造体２４の形状が直方体である。前記柔軟性の高分子構造体２４において、前記複数の一次元の導電構造体２２は、同じ平面に配列され、該平面が前記電歪複合構造体２０の表面に平行する。前記複数の一次元の導電構造体２２は、図１に示すＸ方向に向いて平行して配列している。前記柔軟性の高分子構造体２４は、シリコーンゴムフィルムである。前記一次元の導電構造体２２は、カーボンナノチューブであり、該カーボンナノチューブが前記電歪複合構造体２０における質量パーセンテージ含有量が０．１％〜３％である。
【００１７】
前記複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ膜状構造体に形成されている。該カーボンナノチューブ膜状構造体は自立構造を有する。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ膜状構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ膜状構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ膜状構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ膜状構造体を懸架させることができることを意味する。前記カーボンナノチューブ膜状構造体において、隣接するカーボンナノチューブの間に隙間を有するので、前記柔軟性の高分子構造体２４の材料が前記隙間の中に浸漬することができる。これによって、前記柔軟性の高分子構造体２４と前記カーボンナノチューブ膜状構造体におけるカーボンナノチューブとが緊密に結合することができる。前記電歪複合構造体２０は、複数の前記カーボンナノチューブ膜状構造体を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ膜状構造体が前記柔軟性の高分子構造体２４の中に間隔を置いて配列されている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体の数量が制限されない。前記電歪複合構造体２０におけるカーボンナノチューブは、互いに平行し、その軸方向が同じ方向に沿って配列している。
【００１８】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。前記カーボンナノチューブ膜状構造体は、複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、該複数のカーボンナノチューブフィルムが積層して設置され、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムが、分子間力で結合されている。各々の前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブのみからなる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、配列される。前記カーボンナノチューブフィルムの枚数は、５０〜１０００枚であることができる。
【００１９】
図３を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）から引き出して得られ、自立構造を有するものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、前記複数のカーボンナノチューブの大部分は、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行に、カーボンナノチューブフィルムを引き出す方向に沿って、且つ、同じ方向に沿って配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で端と端が接続されている。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが０．０１マイクロメートル〜１００マイクロメートルである。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブの一種又は多種である。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ナノメートル〜５０ナノメートルであり、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１．０ナノメートル〜５０ナノメートルであり、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ナノメートル〜５０ナノメートルである。
【００２０】
微視的には、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、前記同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブ以外に、ランダムに配列したカーボンナノチューブもある。しかし、該ランダムに配列したカーボンナノチューブの割合は非常に小さい。
【００２１】
さらに、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。図４を参照すると、前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さは実質的に同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。
【００２２】
本実施例において、前記電歪複合構造体２０は、シリコーンゴムからなる高分子構造体２４及び複数の一次元の導電構造体２２を含む。複数の該一次元の導電構造体２２は、二百枚の前記カーボンナノチューブフィルムが積層して形成されたカーボンナノチューブ膜状構造体における複数のカーボンナノチューブである。該カーボンナノチューブ膜状構造体におけるカーボンナノチューブは、その軸方向が同じ方向に沿って配列され、前記電歪複合構造体２０における質量パーセンテージ含有量が２％である。
【００２３】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の製造方法は、次のステップを含む。
【００２４】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、単層カーボンナノチューブアレイ、二層カーボンナノチューブアレイ、多層カーボンナノチューブアレイの一種又は数種である。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直に生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２５】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては、例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２６】
本実施例により提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。
【００２７】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブ束からなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００２８】
前記引き伸ばす過程において、複数のカーボンナノチューブセグメントが引っ張り力で引き伸ばされた方向に沿って、前記基材から離れ、同時に分子間力で選択された複数のカーボンナノチューブセグメント及び他のカーボンナノチューブセグメントは、端と端が接続され、連続するカーボンナノチューブフィルムが形成される（図５を参照）。該カーボンナノチューブフィルムは、選択的な方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブの端と端が接続され、所定の幅を有するカーボンナノチューブフィルムである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが相互に平行し、配列された方向がカーボンナノチューブフィルムの引き伸ばされた方向に平行する。
【００２９】
第三ステップでは、支持体を提供する。二百枚の前記カーボンナノチューブフィルムを積層させて、前記支持体に設置する。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向を平行させ、カーボンナノチューブ膜状構造体を形成する。
【００３０】
前記支持体は、基板又はフレームである。前記カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブが、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まず、且つ該カーボンナノチューブの比表面積が大きいので、該カーボンナノチューブフィルムは、強い接着性を有する。従って、前記カーボンナノチューブフィルムは、自体の接着性を利用して、前記基板又はフレームに接着することができる。二百枚の積層されたカーボンナノチューブフィルムを前記基板又はフレームに接着し、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向が平行させ、ナイフを利用して前記基板又はフレームの他の余分なカーボンナノチューブフィルムを除去する。前記基板又はフレームを除去し、カーボンナノチューブ膜状構造体を形成する。該カーボンナノチューブ膜状構造体は、複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブの軸方向が基本的に同じ方向に沿って配列する。
【００３１】
さらに、前記カーボンナノチューブ膜状構造体を有機溶剤で処理することができる。有機溶剤で前記カーボンナノチューブ膜状構造体を処理する方法は、下記に説明する。
【００３２】
試験管で有機溶剤を前記カーボンナノチューブ膜状構造体の表面に滴下し、該カーボンナノチューブ膜状構造体を浸漬する。或いは、前記カーボンナノチューブ膜状構造体を有機溶剤が入っている容器に浸漬する。該有機溶剤は、揮発性有機溶剤であり、アルコール、メチルアルコール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルムの一種又は数種の混合物である。本実施形態において、アルコールを利用して前記カーボンナノチューブ膜状構造体を浸漬することにより、該アルコールの表面張力作用で、前記カーボンナノチューブフ膜状構造体２６におけるカーボンナノチューブが収縮する。従って、該カーボンナノチューブ膜状構造体は、比表面積が小さくなり、接着性がなくなり、優れた機械強度と強靱性を有する。
【００３３】
前記電歪複合構造体２０におけるカーボンナノチューブの軸方向に垂直な両端に沿って、電歪複合構造体２０に駆動電圧を印加し、電流方向を前記カーボンナノチューブの軸方向に垂直に、即ち、電流を前記図１に示すＹ方向に沿って流させる。これによって、電流が前記カーボンナノチューブに流れると、熱が生じるので、前記カーボンナノチューブの周りの柔軟性の高分子構造体２４は、加熱されると膨張するはずである。しかし、該柔軟性の高分子構造体２４が前記カーボンナノチューブの軸方向に沿って、膨張しようとする場合、該電歪複合構造体２０におけるカーボンナノチューブの熱膨張率が小さく、且つそのヤング率が大きいので、該カーボンナノチューブは、前記柔軟性の高分子構造体２４が前記カーボンナノチューブの軸方向に沿って膨張することを阻止することができる。従って、該電歪複合構造体２０は、前記カーボンナノチューブの軸方向に沿って膨張量が小さく、又は膨張しない。前記柔軟性の高分子構造体２４が前記カーボンナノチューブの軸方向に垂直な方向に沿って、膨張しようとする場合、該柔軟性の高分子構造体２４が前記隣接するカーボンナノチューブの間の分子間力を克服して、膨張できる。
【００３４】
図６は、前記電歪複合構造体２０の膨張特性を測る図である。前記電歪複合構造体２０に電圧を印加しない場合、該電歪複合構造体２０の長さＬ１（前記カーボンナノチューブの軸方向に垂直な方向に沿う長さ）が４センチメートルである。前記電歪複合構造体２０に４０ボルトの電圧を印加して２分間経過した後、該電歪複合構造体２０の長さＬ２（前記カーボンナノチューブの軸方向に垂直な方向に沿う長さ）が４．１０２５センチメートルになった。前記電歪複合構造体２０の長さ変化ΔＬが０．１０２５センチメートルである。従って、前記電歪複合構造体２０の熱膨張率、即ち、該電歪複合構造体２０の長さ変化ΔＬは該電歪複合構造体２０の原始の長さＬ１との比が２．５％である。
【００３５】
前記カーボンナノチューブの前記電歪複合構造体２０における質量パーセンテージ含有量を制御することによって、該電歪複合構造体２０の熱膨張率を制御することができる。具体的には、前記カーボンナノチューブ膜状構造体におけるカーボンナノチューブフィルムの枚数を制御することによって、該電歪複合構造体２０の熱膨張率を制御することができる。前記カーボンナノチューブフィルムの枚数が多くなるほど、前記カーボンナノチューブの軸方向（図１に示すＸ方向）に沿うヤング率が大きくなり、前記電歪複合構造体２０の膨張性能は弱くなる。
【００３６】
前記電歪複合構造体２０は、前記一次元の導電構造体２２の軸方向（図１に示すＸ方向）に沿うヤング率が、前記一次元の導電構造体２２の軸方向に垂直な方向（図１に示すＹ方向）に沿うヤング率より大きいので、前記電歪複合構造体２０に前記一次元の導電構造体２２の軸方向に垂直な方向（図１に示すＹ方向）の電流を流す場合、該電歪複合構造体２０は、前記一次元の導電構造体２２の軸方向に垂直な方向（図１に示すＹ方向）だけ膨張する。前記電歪複合構造体２０は、所定の方向に沿って膨張することができるので、所定の方向に沿って膨張する必要がある領域に応用される。また、前記電歪複合構造体２０をある方向に沿って膨張させるために、前記柔軟性の高分子構造体２４において、前記一次元の導電構造体２２が異なる平面に配列してもよく、該一次元の導電構造体２２の軸方向が同じ方向に沿って、配列することが好ましい。
【００３７】
図７及び図８を参照すると、本発明の実施例は、電歪素子４０を提供する。該電歪素子４０は、電歪複合構造体２０、第一電極４２及び第二電極４４を含む。該電歪複合構造体２０は、所定の厚さを有するフィルムである。
【００３８】
前記電歪複合構造体２０は、柔軟性の高分子構造体２４及び該柔軟性の高分子構造体２４に均一に設置された複数の一次元の導電構造体２２を含む。該複数の一次元の導電構造体２２の軸方向は、同じ方向（図７に示すＸ方向）に沿って配列される。前記第一電極４２及び前記第二電極４４は、前記電歪複合構造体における前記一次元の導電構造体２２の軸方向に沿う方向の両端に設置され、該電歪複合構造体２０と電気的に接続される。前記電歪素子４０が応用された時、前記複数の一次元の導電構造体２２の軸方向に垂直な方向に沿って、電流を流すと、該複数の一次元の導電構造体２２が熱を生む。該電歪複合構造体２０は、前記一次元の導電構造体２２の軸方向に垂直な方向（図７示すＹ方向）だけ膨張する。
【００３９】
前記柔軟性の高分子構造体２４の材料は、シリコーンゴム、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリル、ポリアニリンなどの一種又は数種の混合物である。本実施例において、前記柔軟性の高分子構造体２４は、シリコーンゴムフィルムである。
【００４０】
前記一次元の導電構造体２２は、大きなアスペクト比（長さと直径の比）、優れた導電性を有し、例えば、炭素繊維、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤなどの一種又は数種である。本実施例において、前記一次元の導電構造体２２がカーボンナノチューブである。前記柔軟性の高分子構造体２４において、前記複数のカーボンナノチューブの軸方向が基本的に同じ方向に沿って配列され、カーボンナノチューブ膜状構造体に形成される。前記柔軟性の高分子構造体２４の材料は、前記カーボンナノチューブ膜状構造体における隣接するカーボンナノチューブの間の隙間の中に浸漬し、該柔軟性の高分子構造体２４の材料と前記カーボンナノチューブ膜状構造体における隣接するカーボンナノチューブとが緊密に結合する。前記カーボンナノチューブは、前記電歪複合構造体２０における質量パーセンテージ含有量が０．１％〜３％である。前記カーボンナノチューブが、大きなアスペクト比、優れた導電性及び強い強度を有するので、前記電歪素子４０は、優れた導電性及び強い強度を有する。
【００４１】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブの軸方向が基本的に同じ方向に沿って、配列される。前記カーボンナノチューブ膜状構造体は、複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、該複数のカーボンナノチューブフィルムが積層して設置され、分子間力で接続される。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、その軸方向が同じ方向に沿って配列されている。本実施例において、前記カーボンナノチューブ膜状構造体は、積層された二百枚のカーボンナノチューブフィルムである。
【００４２】
前記第一電極４２及び前記第二電極４４は、間隔を置いて設置され、前記電歪複合構造体２０と電気的に接続される。該第一電極４２及び該第二電極４４は、金属材料からなって、前記電歪複合構造体２０に流す電流の方向が前記一次元の導電構造体２２の軸方向に垂直であることが可能であれば、前記電歪複合構造体２０の中に設置されても、該電歪複合構造体２０の両端に設置されてもよい。本実施例において、前記第一電極４２及び前記第二電極４４は、銅シートである。該銅シートが前記電歪複合構造体２０の両端に設置され、電流方向が図７に示すＹ方向である。
【００４３】
前記電歪複合構造体２０において、カーボンナノチューブが均一に設置されるので、該前記電歪複合構造体２０は、応答速度が速い。前記カーボンナノチューブ膜状構造体の、前記カーボンナノチューブの軸方向に垂直な方向におけるヤング率が小さく、前記カーボンナノチューブの軸方向に沿う方向におけるヤング率が大きいので、前記電歪複合構造体２０に電流を流す時、前記柔軟性の高分子構造体２４は、ヤング率が小さい方向において、膨張しやすく、ヤング率が大きい方向において、前記カーボンナノチューブが前記柔軟性の高分子構造体２４の膨張を阻止する。従って、前記電歪複合構造体２０は、前記カーボンナノチューブの軸方向に垂直な方向（ヤング率が小さい方向）だけに膨張する。前記電歪複合構造体２０が所定の方向に沿って膨張するので、前記電歪素子４０が所定の方向に沿って膨張する。
【符号の説明】
【００４４】
２０  電歪複合構造体
２２  一次元の導電構造体
２４  柔軟性の高分子構造体
２６  カーボンナノチューブ膜状構造体
１４３ａ  カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ  カーボンナノチューブセグメント
４０  電歪素子
４２  第一電極
４４  第二電極
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図３】
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