(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビニルポリマーと、
少なくとも１つの膨張した微小球であって、殻材料を含む外殻、及び前記微小球の前記外殻内に含有されるガス又は液体を有する、少なくとも１つの膨張した微小球と、
を含む複合材料を含む電気機械層を含む電気機械物品であって、前記複合材料が、最大５０重量％の微小球を含み、
前記ビニルポリマーが、前記微小球を少なくとも部分的に封入し、前記ビニルポリマー、前記微小球の殻材料、及び前記微小球内のガス又は液体がすべて、異なる誘電率を有し、
圧電特性又は焦電特性を有する、電気機械物品。
【請求項２】
ビニルポリマーと、
殻材料を含む外殻、及び前記外殻内に含有されるガス又は液体を有する、少なくとも１つの膨張した微小球と、
を含む複合材料を含む電気機械層であって、前記複合材料が、最大５０重量％の微小球を含み、前記ビニルポリマーが、前記膨張した微小球を少なくとも部分的に封入し、前記ビニルポリマー、前記微小球の前記殻材料、及び前記微小球内の前記ガス又は液体がすべて、異なる誘電率を有する、電気機械層、
第１の導電層、並びに
第２の導電層、
を備えた電気機械デバイスであって、
前記電気機械層が、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に位置付けられ、それらの両方と電気的接続状態にある、電気機械デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気機械材料及びそのような材料を含むデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的励起（圧電）又は熱的励起（焦電）に応じた電圧の生成は、一般に、材料がその構造内に好ましい双極子配向を有することを必要とする。好ましい双極子配向は、いくつかの結晶、例えば、石英において自然に発生し、強力な電場又機械場の印加によって、いくつかのセラミック及びポリマー材料において誘発することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（１）ポリマーと、（２）殻材料の外殻、及び外殻内に含有されるガス又は液体を有する、少なくとも１つの微小球と、を含む複合材料を含む機械物品であって、ポリマーが、微小球を少なくとも部分的に封入し、ポリマー、殻材料、及びガス又は液体がすべて、異なる誘電率を有する、電気機械物品を本明細書に開示する。電気機械物品は、電圧特性又は焦電特性を有する。
【０００４】
（１）ポリマーと、（２）殻材料の外殻及び外殻内に含有されるガス又は液体を有する少なくとも１つの微小球と、を含む複合材料を含む電気機械物品であって、ポリマーが、微小球を少なくとも部分的に封入し、ポリマー、微小球の殻材料、及び微小球の外殻内のガス又は液体がすべて、異なる誘電率を有する、電気機械層、第１の導電層、並びに第２の導電層、を備えた電気機械デバイスであって、電気機械層が、第１の導電層と第２の導電層との間に位置付けられ、それらの両方と電機的接続状態にある、電気機械デバイスも、本明細書に開示する。
【０００５】
ポリマー及び複数の微小球を組み合わせることによって、複合組成物を形成する工程であって、複数の微小球のそれぞれは、殻材料の外殻と外殻内に含有されるガス又は液体とを有する、工程と、複合組成物のフィルムを形成する工程と、微小球が膨張するように、複合組成物のフィルムを加熱して、微小球の外殻内に含有されるガス又は液体を膨張させる工程とを含む、電気機械物品を作製する方法も、本明細書に開示する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本開示の様々な実施形態についての以下の詳細説明を添付の図面とともに検討することで、本開示はより完全に理解され得る：
【図１】本明細書に開示する例示的電気機械物品。
【図２】本明細書に開示する例示的電気機械物品。
【０００７】
図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。図中で用いられる類似の数字は、類似の構成要素を示す。しかし、所与の図中の構成要素を意味する数字の使用は、同一数字でラベルした別の図中の構成要素を制約するものではないことは理解されよう。
【０００８】
以下の記述において、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、いくつかの特定の実施形態を例として示す。本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、その他の実施形態が考えられ、実施され得ることを理解すべきである。したがって、以下の「発明を実施するための形態」は、限定する意味で理解すべきではない。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明で使用する全ての科学用語及び専門用語は、特に指示がない限り、当該技術分野において一般的に使用される意味を有する。本明細書にて提供される定義は、本明細書でしばしば使用されるある種の用語の理解を促進しようとするものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【００１０】
他に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴の大きさ、量、物理特性を表わす数字はすべて、どの場合においても用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。それ故に、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲で示される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて、目標対象とする所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。
【００１１】
終点による数の範囲の詳細説明は、その範囲内（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）及びその範囲内の任意の範囲に包含される全ての数を含む。
【００１２】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容が特に明確に指示しない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の「特許請求の範囲」で使用するとき、用語「又は」は、その内容が特に明確に指示しない限り、一般的に「及び／又は」を包含する意味で用いられる。
【００１３】
電気機械材料、層、物品、及びデバイスを本明細書に開示する。電気機械材料は、圧電（若しくは圧電特性）又は焦電（若しくは焦電特性）を呈する材料である。材料への外部圧力の印加に応じた表面電荷の生成は、圧電と称される。温度の変化に応じた材料の自発分極の変化は、焦電と称される。本明細書に説明するいくつかの電気機械材料は、圧電特性を有し、いくつかの電気機械材料は、焦電特性を有する。新規圧電及び焦電材料に対する必要性が存在する。非極性ポリマー材料は圧電性とされているが、それらはまだ、制御可能な多孔性には作製されておらず、いくつかの用途において十分な強度を提供しない可能性がある。
【００１４】
例示的方法は、複合組成物を調製する工程と、複合組成物のフィルムを形成する工程と、複合組成物のフィルムを加熱して、複合材料を形成する工程と、を含む。本明細書に開示する複合組成物は、少なくとも１つのポリマーと、複数の微小球と、を含む。複合組成物はまた、溶液キャスティング方法を使用して、フィルムが形成される場合、コーティング組成物として称することもできる。複合組成物から形成された複合材料は、（１）ポリマーと、（２）少なくとも１つの微小球と、を含み、微小球が、殻材料の外殻を有し、微小球が、微小球の外殻内（即ち、微小球の内部内）にガス又は液体を含有する。ポリマー、微小球の外殻、及び微小球の外殻内のガス又は液体はすべて、異なる誘電率を有する。
【００１５】
１種類以上のポリマーが、複合組成物及び得られた複合材料内に含まれてもよい。ポリマーは、極性又は非極性であってもよい。これらのポリマーは、圧電特性を有することができるが、それらを有する必要はない。使用することができる例示的なポリマー、コポリマー及びそれらのブレンドとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン及びそれらのコポリマー等のポリオレフィン、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリ（塩化ビニル）、及びそれらのコポリマー等のビニルポリマー、ポリ尿素、ポリチオ尿素及びそれらのコポリマー、ポリ（アクリロニトリル）、ポリ（アクリロニトリル／酢酸ビニル）、ポリ（アクリロニトリル／アクリル酸メチル）及びポリ（アクリロニトリル／アリルシアニド）等のシアノ含有ポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリエステル（ポリ（エチレンテレフタレート）が挙げられるが、これに限定されない）、及びポリアミド（ナイロンが挙げられるが、これに限定されない）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
いくつかの実施形態では、ポリ（フッ化ビニリデン）ポリマー又はポリ（フッ化ビニリデン）コポリマーを使用することができる。使用することができる例示的ポリ（フッ化ビニリデン）コポリマーは、ポリ（フッ化ビニリデン／三フッ化エチレン）コポリマー（本明細書において、「Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）」と称される）である。他の実施形態では、ポリプロピレンは、ポリマーとして使用することができる。
【００１７】
本明細書に開示する複合組成物はまた、上述のポリマーに加えて、複数の微小球を含む。ある実施形態では、１種類以上の微小球を使用してもよい。微小球は一般に、外殻と、外殻内に含有されるガス又は液体を含む物品である。外殻は、殻材料から作製される。ある実施形態では、使用することができる微小球はしばしば、約０．００５μｍ（マイクロメートル）〜約５００μｍ又はそれより大きい範囲の膨張していない平均直径を有する。例えば、膨張していない平均直径は、少なくとも０．００５μｍ、少なくとも０．０１μｍ、少なくとも０．０５μｍ、少なくとも０．１μｍ、少なくとも０．２μｍ、少なくとも０．５μｍ、少なくとも１μｍ、少なくとも２μｍ、又は少なくとも５μｍである可能性がある。膨張していない平均直径は、最大５００μｍ、最大２００μｍ、最大１００μｍ、最大５０μｍ、最大２０μｍ、又は最大１０μｍである可能性がある。膨張していない平均直径は、０．１〜１００μｍの範囲、１〜１００μｍの範囲、若しくは５〜１００μｍの範囲、又はそれより大きい可能性がある。ある実施形態では、使用することができる微小球は、膨張していない直径を有することができる。微小球の例示的種類としては、ポリマー微小球、ガラス微小球、及びセラミック微小球が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１８】
ポリマー微小球は一般に、ガス又は液体推進剤を封入する熱膨張型ポリマー殻を含む。膨張は典型的には、不可逆的であり、膨張した微小球は、膨張していない微小球よりも大きい平均直径を有する。ポリマー殻は、８５重量％以上、９０重量％以上、又は９５重量％以上のニトリル含有モノマーを含む、エチレン性不飽和モノマーのホモポリマー若しくはコポリマーから作製することができる。ニトリル含有モノマーは、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、α−エトキシアクリロニトリル、フマロニトリル、又はクロトニトリルのうちの１つ以上から選択することができる。ある実施形態では、ニトリル含有モノマーは、アクリロニトリル、メタクリロニトリル又はこれらの混合物のうちの１つ以上から選択することができる。他のエチレン性不飽和モノマーが存在する場合では、それらは一般に、モノマーの総重量に基づき、最大５重量％、最大１０重量％、又は最大１５重量％の量で存在する。例えば、他のエチレン性不飽和モノマーの量が、０．１〜５重量％、０．１〜３重量％、０．１〜２重量％、又は、０．１〜１重量％である可能性がある。そのような任意のエチレン性不飽和モノマーは、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、及びイソボルニルメタクリレート等の１つ以上のメタクリレート樹脂エステル、メチルアクリレート、エチルアクリレート、及びｎ−ブチルアクリレート等のアクリレートエステル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、及びフッ化ビニリデン等のビニルハロゲン化物、ビニルピリジン等のビニルアミド、酢酸ビニル等のビニルエステル、スチレン、ハロゲン化スチレン及びα−メチルスチレン等のスチレン、並びにブタジエン、イソプレン及びクロロプレン等のアルケンが挙げられるが、これらに限定されない。殻材料はまた、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，１０−デカンジオールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ（メタ）アクリレート、トリアリルホルマールトリ（メタ）アクリレート、アリルメタクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート（約１００〜１０００グラム／モルの範囲の重量平均分子量を有するポリエチレングリコールユニットを有するもの等）、３−アクリロイルオキシグリコールモノアクリレート、トリアクリルホルマール、又はトリアリルイソシアネートのうちの１つ以上が挙げられるが、これらに限定されない、架橋多官能性モノマーを含むことができる。
【００１９】
ポリマー微小球は、Ｄｕｌｕｔｈ，ＧＡにあるＥｘｐａｎｃｅｌからＥＸＰＡＮＣＥＬの商品名で市販されている。ＥＸＰＡＮＣＥＬ微小球に関する情報は、米国特許第６，５０９，３８４号で確認することができ、その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる。ＥＸＰＡＮＣＥＬの商品名のポリマー微小球は、膨張しておらず、溶媒中の形態（ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ＷＵ）、膨張しておらず、乾燥した形態（即ち、溶媒が存在しない）（ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ＤＵ）、膨張しておらず、水性分散中の形態（ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ＳＬ）、マトリクス中の膨張していない微小球（ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ＭＢ）、膨張しており、溶媒中の形態（ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ＷＥ）、又は膨張しており、乾燥した形態（ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ＤＥ）等の様々な形態で入手可能である。
【００２０】
いくつかの実施形態では、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ５５１  ＤＵ  ２０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ５５１  ＤＵ  ４０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ４６１  ＤＵ  ２０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ４６１  ＤＵ  ４０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ０５１  ＤＵ  ４０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ０５３  ＤＵ  ４０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ００９  ＤＵ  ８０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ０９１  ＤＵ  ８０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ０９１  ＤＵ  １４０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ０９２  ＤＵ  ８０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ０９２  ＤＵ  １２０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ０９３  ＤＵ  １２０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ９２０  ＤＵ  ４０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ９３０  ＤＵ  １２０、ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ９５０  ＤＵ  ８０、及びＥＸＰＡＮＣＥＬ  ９５０  ＤＵ  １２０等のＥＸＰＡＮＣＥＬ  ＤＵ微小球を使用する。これらの微小球は、６〜９μｍの範囲、１０〜１４μｍの範囲、１０〜１６μｍの範囲、９〜１５μｍの範囲、１８〜２４μｍの範囲、３５〜４５μｍの範囲、及び２８〜３８μｍの範囲の様々な膨張していない平均粒径で入手可能である。この膨張していない粒径の範囲のうちのいくつかはまた、１種類以上の材料で入手可能である。
【００２１】
ポリマー微小球は、噴射剤として機能するガス又は液体を封入することができる。一般に、噴射剤は、室温で液体であり、殻材料の軟化点未満の大気圧で沸点を有する。噴射剤は、加熱されたときに膨張し、ポリマー微小球の外殻の膨張をもたらす。例えば、ポリマー微小球は、イソオクタン（２，２，４−トリメチルペンタン）、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、石油留出物、又は安定した沸点若しくは沸点範囲を有する他の液体、又はこれらの組み合わせから選択される液体又はガスを含むことができる。ある実施形態では、イソブタン、イソペンタン、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、石油エーテル、又はｎ−ヘプタン等の炭化水素を単独で、又はイソオクタンと組み合わせて使用することができる。
【００２２】
他の実施形態では、ガラス微小球を使用することもできる。ガラス微小球は、米国特許第３，３６５，３１５号、同第４，３９１，６４６号、及び同第４，６１８，５２５号に説明するように加工することができ、それらの開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる。そのような例示的ガラス微小球は、ガラスを含む殻材料を有する。ある実施形態では、殻材料は、例えば、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＴｉＯ２、ＭｎＯ２、ＺｒＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。ある実施形態では、殻材料は、（重量で）過半数のＳｉＯ２及び任意に他の構成要素を含む。
【００２３】
ガラス微小球は、ガラス殻材料内に様々な異なるガスを含有することができる。例示的ガスとしては、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＳＯ２、ＳＯ３、Ｆ２、Ｎ２、Ｏ２、又はこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。ある実施形態では、ＳＯ２、ＳＯ３、Ｏ２、ＣＯ２、Ｎ２、又はこれらの混合物は、ガラス微小球の内部（即ち、外殻内）に含有され得る。
【００２４】
ある実施形態では、セラミック材料からなる微小球を使用することもできる。例示的セラミック材料としては、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の酸化物、炭化物、ホウ化物、窒化物、及びケイ化物等の非酸化物、並びに粒子強化材料、及び酸化物と非酸化物との組み合わせ等の複合物が挙げられるが、これらに限定されない。そのようなセラミック材料は、無機ガス（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＳＯ２、ＳＯ３、Ｆ２、Ｎ２、Ｏ２、又はこれらの混合物等）、又は有機ガス（イソオクタン、（２，２，４−トリメチルペンタン）、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、石油留出物、好適な沸点若しくは沸点範囲を有する他の液体、又はこれらの組み合わせ等）、又はこれらの組み合わせを含む、ガスを封入することができる。
【００２５】
微小球及びポリマーの混合物を含む、複合組成物を提供する。これらの組成物はまた、１つ以上の溶媒を含むことができる。複合組成物は、例えば、押出成形、ホットプレス及び溶液キャスティングが挙げられるが、これらに限定されない様々なプロセスによって物品に形成することができる。例えば、押出成形又はホットプレスを使用して物品に形成される複合組成物は、必ずしも１つ以上の溶媒を含まないだろう。一方で、溶液キャスティングを使用して物品に形成される複合組成物（より具体的には、コーティング組成物）は、おそらく１つ以上の溶媒を含むだろう。
【００２６】
１つ以上の溶媒を使用して、ポリマー及び微小球の実質的に均一の混合物を形成することができる。ある実施形態では、使用することができる１つ以上の溶媒は、１）使用されるポリマーを溶解又は少なくとも部分的に溶解することができる、２）コーティングし易い複合組成物の形成を可能にすることができるものである。ある実施形態では、選択される溶媒（又は複数の溶媒）は、使用されている特定のポリマー、使用されている微小球、複合組成物が上にコーティングされる材料、又はこれらの組み合わせに少なくとも部分的に基づくことができる。
【００２７】
非極性ポリマーを使用するある実施形態では、一般に、非極性溶媒を使用することができる。極性ポリマーを使用するある実施形態では、一般に、極性溶媒を使用することができる。Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を使用するある実施形態では、溶媒として、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）を使用することができる。
【００２８】
複合組成物はまた、任意に他の構成要素を含むことができる。例示的な任意の構成要素は、複合組成物の加工に影響を及ぼすための添加剤を含む。例示的加工添加剤としては、例えば、可塑剤、酸化防止剤、粘土及びＵＶ安定剤が挙げられるが、これらに限定されない。可塑剤はまた、微小球（特に、ＥＸＰＡＮＣＥＬの商品名で入手可能なもの等のポリマー微小球）のポリマー内で膨張する能力に有利に影響を及ぼすように機能することができる。そのような加工添加剤（例えば、可塑剤）の適量は、当業者に既知であろう。例示的な任意の構成要素はまた、コーティング組成物（又は、そこから形成されるフィルム）の電気機械特性に影響を及ぼすための添加剤を含むことができる。そのような添加剤の例としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）及びジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の既知の圧電材料を挙げることができるが、これらに限定されない、圧電添加剤が挙げられる。そのような添加剤の例としてはまた、例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ナトリウム（ＮａＮＯ２）、及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を挙げることができるが、これらに限定されない、焦電添加剤が挙げられる。そのような圧電及び焦電添加剤の適量は、当業者に既知であろう。
【００２９】
複合組成物がフィルムへの溶液鋳型になる、ある実施形態では、複合組成物中のポリマーの量は、基材の上に容易且つ再生可能にコーティングすることができる複合組成物を有することへの要望、使用されているポリマーの溶解度、使用された微小球の量、又はこれらの組み合わせによって、少なくとも部分的に決定することができる。ポリマー及び溶媒の量は、フィルムを形成する方法によって、少なくとも部分的に決定することができる。
【００３０】
複合組成物中に含まれる微小球の量は、多少異なってもよい。微小球の量が多いほど、最終物品に存在するインターフェース（ポリマーと殻材料との間）の数も大きくなり、インターフェースの数が増大すると、物品の全体の極性は、理論的に増大するはずであり、より大きな圧電又は焦電特性につながる可能性がある。ある実施形態では、複合組成物は、複合組成物の総重量に基づき、約０．１重量％〜約７０重量％の量の、ポリマー微小球等の微小球を含有することができる。いくつかの例では、複合組成物は、複合組成物の総重量に基づき、少なくとも０．１重量％、少なくとも０．２重量％、少なくとも０．５重量％、少なくとも１重量％、少なくとも２重量％、少なくとも５重量％、又は少なくとも１０重量％の微小球を含有する。複合組成物は、複合組成物の総重量に基づき、最大７０重量％、最大６０重量％、最大５０重量％、最大４０重量％、最大２０重量％、最大１５重量％、最大１０重量％を含有することができる。ある実施形態では、複合組成物は、複合組成物の総重量に基づき、約１重量％〜約２０重量％の、ポリマー微小球等の微小球を含有することができる。ある実施形態では、複合組成物は、複合組成物の総重量に基づき、約１重量％〜約１０重量％の、ポリマー微小球等の微小球を含有することができる。ある実施形態では、複合組成物は、複合組成物の総重量に基づき、約３重量％〜約１５重量％の微小球を含むことができる。ある実施形態では、複合組成物は、複合組成物の総重量に基づき、約５重量％〜約１０重量％の微小球を含むことができる。
【００３１】
複合組成物が調製されると、次いで、複合組成物のフィルムが形成される。例えば、押出成形、ホットプレス及び溶液キャスティングが挙げられるが、これらに限定されない多くの方法を使用して、複合組成物のフィルムを形成することができる。押出成形を使用してフィルムを形成するある実施形態では、複合組成物の構成要素を押出成形機に追加することができ、適切なダイを使用して、複合組成物のフィルムを形成することができる。溶液キャスティングを使用して複合組成物のフィルムを形成するある実施形態では、複合組成物（一般に、溶媒を含む）を、多くの方法のうちの１つを介して、基材に適用することができる。溶液から成型されたフィルムはまた、成型された後に、２つのプレート間でホットプレスすることができる。コーティングを形成する例示的方法としては、例えば、ナイフコーティング、浸漬（ディップ）コーティグ、ギャップコーティング、カーテンコーティグ、回転スクリーンコーティグ、リバースロールコーティング、グラビアコーティング、測定ロッド（マイヤーバー）コーティング、及びスロットダイ（押出）コーティングが挙げられるが、これらに限定されない。ある実施形態では、選択する特定のコーティング方法は、複合組成物中の微小球の量、コーティングの所望の厚さ、本明細書に説明されていない他の要素、又はこれらの組み合わせに、少なくとも部分的に左右される可能性がある。
【００３２】
複合組成物が溶液鋳型である、ある実施形態では、複合組成物のドライコーティング厚は、約０．１マイクロメートル（μｍ）〜約５００μｍの範囲であってよい。厚さは、少なくとも０．１μｍ、少なくとも０．２μｍ、少なくとも０．５μｍ、少なくとも１μｍ、少なくとも２μｍ、少なくとも５μｍ、少なくとも１０μｍ、又は少なくとも２０μｍであってよい。厚さは、最大５００μｍ、最大４００μｍ、最大３００μｍ、最大２００μｍ、最大１００μｍ、又は最大５０μｍであってよい。ある実施形態では、溶液鋳型コーティング組成物は、約０．１μｍ〜約１００μｍのウェットコーティング厚を有することができる。ある実施形態では、溶液鋳型複合組成物は、約１０μｍ〜約５０μｍのドライコーティング厚を有することができる。複合組成物が溶液成型されると、複合組成物からの溶媒は、少なくとも部分的に蒸発することができる。これは、フィルムをオーブン内、又は室温で乾燥させることによって達成することができる。溶媒の少なくとも一部分を少なくとも部分的に蒸発させるために必要な温度は、複合組成物中の溶媒、特定の溶媒（又は複数の溶媒）、特定のポリマー、又はこれらの組み合わせの量によって、少なくとも部分的に左右される可能性がある。ポリマーがＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）であり、溶媒がＭＥＫである、ある実施形態では、溶媒は、約６０℃に設定されたオーブン内で少なくとも部分的に蒸発することができる。
【００３３】
複合組成物のフィルムが調製されると、フィルムはしばしば、微小球の内部に位置するガス又は液体が膨張するように加熱されて、膨張した微小球を形成する。微小球が膨張すると、複合材料が形成される。複合材料は、（１）ポリマーと、（２）少なくとも１つの膨張した微小球と、を含む。任意に、微小球を膨張させるためにフィルムを加熱する前に、その上にコーティングされたフィルムを基材から除去することができる。フィルムは、既知の方法を使用して加熱することができる。例示的方法としては、例えば、対流式オーブン、赤外線加熱デバイス又はヒートガンの使用が挙げられる。フィルムが微小球を膨張させるために加熱されている間に、溶媒のうちの一部分又はすべてを蒸発させることができることも留意されたい。しかしながらある実施形態では、フィルムはまず、フィルム内の溶媒のうちの少なくともいくつかを少なくとも部分的に蒸発させるために、第１の温度まで加熱され、次いで、微小球内のガスを膨張させるために、第２の温度まで加熱される。そのような実施形態では、第１の温度は、第２の温度以下である可能性がある。
【００３４】
一般に、フィルムは、微小球内のガス又は液体の膨張させる温度まで加熱されるが、外殻材料又はポリマーを破壊しない。フィルムが加熱される温度は、複合組成物中のポリマーの種類、微小球の殻材料、微小球内のガス又は液体、微小球の所望の膨張の程度、又はこれらの組み合わせによって、少なくとも部分的に決定される。
【００３５】
ＥＸＰＡＮＣＥＬの商品名で入手可能なものなどのポリマー微小球を使用するある実施形態では、フィルムは一般に、約８０℃〜約１９０℃の温度まで加熱することができる。使用される特定のポリマー微小球（又は、他の種類の微小球）に伴う技術文献はまた、微小球が膨張を開始する温度に関する更なる情報を提供することができる。ＥＸＰＡＮＣＥＬ  ４６１  ＤＵ  ２０の商品名で入手可能なものなどのポリマー微小球を使用するある実施形態では、フィルムは、約１５０℃まで加熱することができる。ポリマー微小球が加熱されたときに、微小球の内部内の少量の噴射剤（即ち、ガス又は液体）は膨張するが、殻材料は軟化する。噴射剤の膨張は、微小球内の圧力を増大させ、微小球の膨張をもたらす。微小球の膨張が開始する温度、並びに最大膨張が得られる温度は、加熱率のある度合によって左右される。フィルムが加熱される時間は、膨張の程度によって、少なくとも部分的に決定される。ポリマー微小球を使用するいくつかの実施形態では、フィルムは、約５分間、約１５０℃まで加熱することができる。ポリマー微小球を使用する他の実施形態では、フィルムは、約５〜約１０分間、約１９０℃まで加熱することができる。フィルムが膨張温度まで加熱されると、それは、フィルム上で更なる動作が実施される前に、より低い温度（例えば、室温）まで冷却することができるが、冷却する必要はない。
【００３６】
微小球、例えば、ＥＸＰＡＮＣＥＬの商品名で入手可能なものなどのポリマー微小球が加熱される程度を使用して、それらが膨張する程度を少なくとも部分的に制御することができる。この理由により、本明細書に開示する方法は、そのような方法を使用して形成された物品の多孔性を容易に制御することができるという利点を提供することができる。これは、フィルムの圧電特性（例えば）及び機械的強度の組み合わせをより容易に調整する能力を提供するため、有利である可能性がある。
【００３７】
フィルムが加熱（及び任意に冷却）された後に、次いで、フィルムは、任意に分極することができる。フィルムのポーリング（又は、極性化）は、当業者が既知のとおり達成することができる。ポーリングの例示的方法は、コロナポーリングプロセスの使用を含む。コロナポーリングは、フィルム内の微小球内及びその周辺の電荷を整合するように機能する。コロナポーリングの例示的設定は、より大きなグランドプレートの上に吊るされた鋭利な針又は薄いワイヤを含む。ワイヤとグランドプレートとの間の距離は、例えば、約１センチメートル（ｃｍ）である可能性がある。針又はワイヤに高圧（約５〜約１０ｋＶ）を印加することができる。ある実施形態では、少なくとも約３０ＭＶ／ｍの外部場を使用することができる。これは、周囲空気をイオン化させる。次いで、イオン化された空気は、針とグランドプレートとの間に定置された物品（例えば、フィルム）上で収集される。電荷は、プレートの電力と環境の電力との間で均衡が満たされるまで、蓄積され続ける。ある実施形態では、ポーリングプロセスは、フィルムの加熱、ポーリング場の印加、及びフィルムの冷却に伴い、それによって、フィルム内の双極子が分極したまま、固結することを可能にする。ある実施形態では、より厚いフィルム（少なくとも約１００μｍの厚さを有するフィルム）は、比較的大きい圧電反応を達成するために、ポーリングプロセス中に加熱することができる。そのような厚いフィルムは、ポーリングプロセス中に約７０℃〜約１３０℃の温度まで加熱することができる。高温のポーリングでは、まず、フィルムを加熱し、フィルムが高温である間に、高圧場を印加することができる。これは、双極子の回転、又は電荷の注入に役立つことができる。次いで、フィルムは、双極子又は注入された電荷を凍結する場下で冷却することができる。ある実施形態では、フィルムは、約２８℃の温度で、約１０分間、約２０ＭＶ／ｍの電場を使用して、コロナ荷電することができる。
【００３８】
ある実施形態では、電気機械層は、機械的に伸張されることなく、圧電特性又は焦電特性を有することができる。伸張を回避する能力は、加工観点から有利である可能性があり、より所望の特性を有するフィルムを提供することもできる。例えば、伸張は、横方向と比較して、伸張又は軸方向に異方性弾性率を作成することができる。本明細書に形成される電気機械層の特性は、機械的に伸張されることによって、強化される可能性がある（強化される必要はない）。
【００３９】
上述の方法を使用して形成された物品は、電気機械フィルム、ある実施形態では、圧電フィルム、圧電層又は圧電物品と称することができる。電気機械層は、（１）ポリマーと、（２）殻材料及び殻材料内に含有されるガス又は液体からなる外殻を有する少なくとも１つの微小球と、を含む、複合材料を含む。ポリマーは、少なくとも１つの微小球を少なくとも部分的に封入する。ポリマー及び少なくとも１つの微小球は、上述のとおりである。
【００４０】
ある実施形態では、複合材料は、（１）ポリマーと、（２）殻材料及び殻材料内に含有されるガス又は液体からなる外殻を有する少なくとも１つの膨張した微小球と、を含む。膨張した微小球は、微小球の殻材料を膨張させるために、十分な加熱を受けたものである。ある実施形態では、膨張した微小球は、微小球の殻材料を少なくとも約１容量％を膨張させるために、十分な加熱を受けたものである。ある実施形態では、膨張した微小球は、微小球の殻材料を少なくとも約５容量％を膨張させるために、十分な加熱を受けたものである。ある実施形態では、膨張した微小球は、微小球の殻材料を少なくとも約２５容量％を膨張させるために、十分な加熱を受けたものである。ある実施形態では、膨張した微小球は、微小球の殻材料を少なくとも約１００容量％を膨張させるために、十分な加熱を受けたものである。ある実施形態では、膨張した微小球は、微小球の殻材料を少なくとも約５００容量％を膨張させるために、十分な加熱を受けたものである。ある実施形態では、膨張した微小球は、微小球の殻材料を少なくとも約１０００容量％を膨張させるために、十分な加熱を受けたものである。ある実施形態では、膨張した微小球は、微小球の殻材料を少なくとも約２０００容量％を膨張させるために、十分な加熱を受けたものである。
【００４１】
ポリマーの誘電率、微小球の殻材料、及び微小球内のガス又は液体の差異によって電気機械特性が電気機械層に提供されることはもっともだが、信頼するに値しない。一般に、ポリマー及び殻材料は、異なる誘電率を有し、殻材料及びガスは、異なる誘電率を有する。ある実施形態では、ポリマー及び殻材料は、少なくとも５％異なる誘電率を有する。ある実施形態では、ポリマー及び殻材料は、少なくとも約１０％異なる誘電率を有する。ある実施形態では、ポリマー及び殻材料は、少なくとも約２０％異なる誘電率を有する。ある実施形態では、殻材料及びガスは、少なくとも約５％異なる誘電率を有する。ある実施形態では、殻材料及びガスは、少なくとも約１０％異なる誘電率を有する。ある実施形態では、殻材料及びガスは、少なくとも約２０％異なる誘電率を有する。
【００４２】
電気機械層内に存在する微小球の量は、電気機械層を作製するコーティング組成物内に存在する微小球の量によって、少なくとも部分的に決定することができる。ある実施形態では、電気機械層は、電気機械層の総重量に基づき、約７０％以下の微小球を有することができる。例えば、電気機械層は、最大６０重量％、最大５０重量％、又は最大４０重量％の微小球を含有することができる。電気機械層はしばしば、少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、又は少なくとも３０重量％の微小球を含有する。ある実施形態では、電気機械層は、電気機械層の総重量に基づき、約３０％〜約４０％の微小球を有することができる。
【００４３】
電気機械層はまた、例えば、上述の加工添加剤（例えば、可塑剤）、圧電添加剤（チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、及びジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ））又は焦電添加剤が挙げられるが、これらに限定されない、付加的な材料を含むことができる。電気機械層はまた、そこから形成されたコーティング組成物から完全に蒸発しなかった溶媒を含むことができる。
【００４４】
電気機械層の所望の厚さは、電気機械層が使用される特定の配置、電気機械層内の微小球のサイズ、並びに他の要因に少なくとも部分的に左右される可能性がある。ある実施形態では、電気機械層は、マイクロメートルの範囲の厚さを有することができる。ある実施形態では、電気機械層は、約１０μｍ〜約５０μｍの厚さを有することができる。ある実施形態では、電気機械層は、約１５μｍ〜約３０μｍの厚さを有することができる。ある実施形態では、電気機械層は、約２０μｍ〜約２５μｍの厚さを有することができる。
【００４５】
電気機械層は、圧電特性を有することができる。ある実施形態では、圧電層は、少なくとも約１００ｐＣ／Ｎである圧電係数（ｄ３３）を有することができる。ある実施形態では、圧電層は、少なくとも約１５０ｐＣ／Ｎである圧電係数（ｄ３３）を有することができる。圧電係数は、例えば、Ｐｉｅｚｏ  Ｔｅｓｔ圧度計モデル番号ＰＭ３００（Ｐｉｅｚｏｔｅｓｔ，Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫ）を含む、市販のデバイスを使用して測定することができる。電気機械層はまた、焦電特性を有することができる。
【００４６】
電気機械層は、電気機械デバイス内に含まれる可能性がある。例示的電気機械デバイスを図１に図示する。電気機械デバイス１００は、第１の導電層１２０と第２の導電層１３０との間に配置される、電気機械層１１０を含むことができる。言い換えると、第１の導電層１２０は、電気機械層１１０に隣接して、そこに直接隣接して、その上に又は直接その上に配置することができ、電気機械層１１０は、第２の導電層１３０に隣接して、そこに直接隣接して、その上に又は直接その上に配置することができる。
【００４７】
第１の導電層１２０及び第２の導電層１３０は、一般に、導電性材料から作製される。例示的導電性材料としては、導電性金属及び導電性ポリマーを挙げることができるが、これらに限定されない。例示的導電性金属は、銅、銀、金、プラチナ、アルミニウム又はこれらの混合物から選択することができる。例示的導電性ポリマーは、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリ（アルキルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（テトラチアフルバレン）、ポリ（ｐ−硫化フェニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）又はこれらの混合物から選択することができる。導電性になるように作製することができるポリマーを使用することもできる。非導電性ポリマーを導電性にする例示的方法としては、導電性粒子又はドーピングの含有が挙げられるが、これらに限定されない。具体的な例示的材料としては、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｈ  ＧｍｂＨ（Ｇｏｓａｌａｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）からＣＬＥＶＩＯＳの商品名で市販される導電性ポリマー等の、３，４−エチレンジオキシチオフェンモノマーから調製された導電性ポリマーが挙げられるが、これに限定されない。他の例示的材料としては、グラファイト及び炭素グリース（ＭＧ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｓｕｒｒｅｙ，Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｃｏｌｕｍｂｉａ）が挙げられる。ある実施形態では、第１及び第２の電極は、例えば、金等の導電性金属を沈殿するスパッタを含むことができる。
【００４８】
図２は、別の例示的電気機械デバイスを例証する。図２に図示する例示的電気機械デバイス２００は、第１の導電層２２０と第２の導電層２３０との間に位置付けられる、電気機械層２１０を含む。この電気機械デバイス２００はまた、第１の導電層２２０に電気的に接続される（及び、任意に物理的に接続される）第１の電気接点２４０と、第２の導電層２３０に電気的に接続される（及び、任意に物理的に接続される）第２の電気接点２５０と、を含む。第１の電気接点２４０及び第２の電気接点２５０は、例えば、導電テープが挙げられるが、これに限定されない、任意の電気導電性材料から作製することができる。好適な導電テープとしては、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から、３Ｍ  ＸＹＺ−Ａｘｉｓ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｔａｐｅ  ９７１２又は３Ｍ  ＸＹＺ−Ａｘｉｓ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｔａｐｅ  ９７１３の商品名で市販されるものが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４９】
第１の電気接点２４０は、第１のワイヤ２４５に電気的に接続（及び、任意に物理的に接続）され、第２の電気接点２５０は、第２のワイヤ２５５に電気的に接続（及び、任意に物理的に接続）される。第１のワイヤ２４５及び第２のワイヤ２５５は、制御デバイス２６０に、電気的に接続（及び、任意に物理的に接続）される。第１のワイヤ２４５及び第１の電気接点２４０は、第１の導電層２２０を制御デバイス２６０に電気的に接続するように機能し、第２のワイヤ２５５及び第２の電気接点２５０は、第２の導電層２３０を制御デバイス２６０に電気的に接続するように機能する。導電性ワイヤは、第１のワイヤ２４５及び第２のワイヤ２５５として使用されてもよい。当業者は、使用することができる具体的な種類のワイヤについて認識し、電気接点がどのように作製されるべきであるかを認識しているであろう。
【００５０】
制御デバイス２６０は、電気機械層に圧力が印加される又は歪曲される（焦電層の場合では、熱に暴露される）ときに、電気機械層２１０から電気信号（即ち、電圧）を受信するように機能してもよい。したがって、制御デバイス２６０は、メータ２６５を含んでもよい。一般に、圧電電気機械層２１０上の圧力又は歪曲が多いほど、電気信号の規模は大きくなる。メータ２６５は、電気信号を受信して測定する、電気信号を受信して送信する、又は電気信号を受信し、測定して、送信するように構成されてもよい。
【００５１】
制御デバイス２６０はまた、電気源として機能してもよい。そのような実施形態では、制御デバイス２６０は、電力供給装置２６８を含むことができる。電力供給装置２６８は、電気機械層２１０を作動（即ち、偏向、撓曲、屈曲）するように、電気信号を第１の導電層２２０及び第２の導電層２３０に適用するように構成される。ある実施形態では、増幅器を使用して、変換器によって生成された信号を増幅することができる。
【００５２】
制御デバイス２６０は、メータ２６５、電力供給装置２６８、又はメータ２６５と電力供給装置２６８との両方を含むことができる。制御デバイス２６０はまた、１つ以上のメータ２６５、１つ以上の電力供給装置２６８、又は１つ以上のメータ２６５及び１つ以上の電力供給装置２６８を含むことができる。
【００５３】
図面に図示していないが、電気機械物品はまた、１つ以上の電気機械層を含んでもよい。ある実施形態では、複数の電気機械層は、スタックに形成される。ある実施形態では、電気機械物品はまた、他のポリマー層を含んでもよい。他のポリマー層は、例えば、電気機械物品の温度安定性を増大するために、含まれてもよい。電気機械層の温度安定性を増大するために使用することができるポリマーとしては、例えば、ポリ（硫化フェニレン）（「ＰＰＳ」）及びナイロンが挙げられるが、これらに限定されない。
【実施例】
【００５４】
材料及び方法
特に言及されない限り、全ての化学物質は、Ａｌｄｒｉｃｈから入手され、更に精製することなく使用された。
【００５５】
（実施例１〜３３）
ポリ（フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン）コポリマー（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））（Ｓｏｌｖａｙ  ａｎｄ  Ｃｉｅ，Ｂｅｌｇｉｕｍから入手）（１０〜２０重量％）を５０℃のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶媒中で溶解した。Ｅｘｐａｎｃｅｌ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｄｕｌｕｔｈ，ＧＡ，ＵＳＡ）から４６１−ＤＵ−２０  ＥＸＰＡＮＣＥＬの商品名で市販される、膨張していないポリマー微小球を、約１０ｐｐｈ（１００毎部）の濃度の溶液に添加した。次いで、約５０ｍＬのこの組成物を、２０μｍのシリコンライナー（ＣＰ  Ｆｉｌｍ  Ｉｎｃ．Ｆｉｅｌｄａｌｅ，ＶＡ）に注入し、溶媒を蒸発させるために６０℃のオーブンで乾燥させた。次いで、乾燥した、膨張していない複合フィルムをライナーから除去した。
【００５６】
次いで、膨張していない複合フィルムの圧電特性（ｄ３３）を、Ｐｉｅｚｏ  Ｔｅｓｔ圧度計システムｍ（Ｐｉｅｚｏｔｅｓｔ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ）を使用して測定した。複合フィルムのｄ３３値は、ポリマー微小球が膨張する前では、０．１ｐＣ／Ｎであった。
【００５７】
次いで、ポリマー微小球を膨張させるために、フィルムを、約５分間、１５０℃まで加熱した。加熱後、フィルムを室温まで冷却した。次いで、アルミニウムグランドプレーンと接触状態にある間に、２０ＭＶ／ｍよりも高い電圧で、一連のステンレス網ワイヤを具備する直流（即ち、ＤＣ）コロナ荷電器を通して、フィルムを通過させることによって、フィルムをコロナ荷電した。グランドプレーンから１インチ（２．５ｃｍ）の距離でワイヤを位置付け、コロナ放電が連続的であるように離間した。次いで、Ｐｉｅｚｏ  Ｔｅｓｔ圧度計、モデル番号ＰＭ３００（Ｐｉｅｚｏｔｅｓｔ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ）を使用して、圧電特性（ｄ３３）を測定した。
【００５８】
１０〜２０重量％のポリ（フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン）コポリマー（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）と称される）を、５０℃のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶媒中で溶解することによって、実施例２〜３３を実施例１と同一の方法で調製した。表１に従う膨張していない微小球を、表１に記載した濃度の溶液に添加した。微小球のすべては、ＥＸＰＡＮＣＥＬの商品名で市販されているポリマー微小球であった。次いで、様々な量の組成物を、２０μｍのシリコンライナー（ＣＰ  Ｆｉｌｍ  Ｉｎｃ．Ｆｉｅｌｄａｌｅ，ＶＡ）に注入し、溶媒を蒸発させるために６０℃のオーブンで乾燥させ、表１に示される乾燥した厚さを得た。次いで、乾燥したＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）−ポリマー微小球複合フィルムをライナーから除去した。次いで、ポリマー微小球を膨張させるために、フィルムを、表１に示される回数分、表１に示される温度まで加熱した。加熱後、フィルムを室温まで冷却した。次いで、フィルムを上記に説明するように、分極し、試験した。
【００５９】
【表１−１】
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【００６０】
【表１−２】
0005650660.tif 000003
【００６１】
（実施例３４）
上記の実施例１に説明するように室温で、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥポリマーをＭＥＫ中に溶解した。膨張していないポリマー微小球（４６１−ＤＵ−２０  ＥＸＰＡＮＣＥＬ微小球）を約５ｐｐｈの濃度で、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）溶液に添加した。次いで、この組成物をガラスプレート上にコーティングし、次いで、溶媒を蒸発させるために、それを６０℃のオーブンに定置した。次いで、乾燥した、膨張していない複合フィルムをガラスプレートから除去した。次いで、ポリマー微小球を膨張させるために、フィルムを、約５分間、１７０℃まで加熱した。
【００６２】
次いで、＞２０ＭＶ／ｍの正電場を印加するコロナ荷電プロセスを使用して、フィルムを分極した。Ｐｉｅｚｏ  Ｔｅｓｔ圧度計を使用して、圧電特性ｄ３３を測定した。１６５±２３．６の初期の圧電係数（ｄ３３）を測定した。サンプルを室温で熟成させ、フィルムの形成から様々な日数で圧電係数を測定した。表２は、形成から５１日目、９４日目、及び１９１日目に測定された圧電係数を示す。
【００６３】
【表２】
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【００６４】
（実施例３５）
実施例１と同一の方法を使用して、別のサンプルを調製した。複合フィルムの最終厚さは、約２０マイクロメートルであった。分極した時点で、熟成研究のために、このサンプルを比較的高温（約６５℃）のオーブン内に維持した。表３は、形成から０日目、１日目、３日目、７日目、１０５日目、１３８日目、及び２０２日目に測定された圧電係数を示す。
【００６５】
【表３】
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【００６６】
したがって、電気機械材料及びそれを含むデバイスの実施形態を開示する。本開示が、開示されたもの以外の実施形態で実施され得ることは当業者には理解されよう。開示された実施形態は、図示の目的のために示され、制限のために示されてはおらず、本開示は以下の「特許請求の範囲」によってのみ制限される。
本発明はまた、以下の内容を包含する。
（１）ポリマーと、
殻材料を含む外殻、及び微小球の前記外殻内に含有されるガス又は液体を有する、少なくとも１つの膨張した微小球と、
を含む複合材料を含む電気機械物品であって、
前記ポリマーが、前記微小球を少なくとも部分的に封入し、前記ポリマー、前記微小球の殻材料、及び前記微小球内のガス又は液体がすべて、異なる誘電率を有し、
圧電特性又は焦電特性を有する、電気機械物品。
（２）前記ポリマーがビニルポリマーである、項目１に記載の電気機械物品。
（３）前記ポリマーがポリ（フッ化ビニリデン）を含む、項目１に記載の電気機械物品。
（４）前記少なくとも１つの微小球が、約５マイクロメートル（μｍ）〜約５０マイクロメートル（μｍ）の膨張していない直径を有する、項目１に記載の電気機械物品。
（５）前記少なくとも１つの微小球がガラスを含む、項目１に記載の電気機械物品。
（６）前記少なくとも１つの微小球がセラミック材料を含む、項目１に記載の電気機械物品。
（７）前記殻材料がポリマーを含む、項目１に記載の電気機械物品。
（８）前記少なくとも１つの微小球が、ＥＸＰＡＮＣＥＬの商品名で市販されているポリマー微小球である、項目７に記載の電気機械物品。
（９）前記複合材料が、前記複合材料の総重量に基づき、約７０重量％以下の微小球を含む、項目１に記載の電気機械物品。
（１０）前記複合材料が、前記複合材料の総重量に基づき、約３０重量％〜約４０重量％の微小球を含む、項目９に記載の電気機械物品。
（１１）前記複合材料が可塑剤を更に含む、項目１に記載の電気機械物品。
（１２）前記複合材料が圧電特性を有する、項目１に記載の電気機械物品。
（１３）前記複合材料が、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、又はこれらの組み合わせを更に含む、項目１２に記載の電気機械物品。
（１４）ポリマーと、
殻材料を含む外殻、及び前記外殻内に含有されるガス又は液体を有する、少なくとも１つの膨張した微小球と、
を含む電気機械層であって、前記ポリマーが、前記膨張した微小球を少なくとも部分的に封入し、前記ポリマー、前記微小球の前記殻材料、及び前記微小球内の前記ガス又は液体がすべて、異なる誘電率を有する、電気機械層、
第１の導電層、並びに
第２の導電層、
を備えた電気機械デバイスであって、
前記電気機械層が、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に位置付けられ、それらの両方と電気的接続状態にある、電気機械デバイス。
（１５）前記第１の導電層に電気的に接続される、第１の電気接点と、
前記第２の導電層に電気的に接続される、第２の電気接点と、
前記第１の電気接点及び前記第２の電気接点に電気的に接続される、制御デバイスと、を更に備える、項目１４に記載の電気機械デバイス。
（１６）前記制御デバイスが、メータ、電力供給装置、又は両方を備える、項目１５に記載の電気機械デバイス。
（１７）電気機械物品を作製する方法であって、
ポリマー及び複数の微小球を組み合わせることによって、複合組成物を形成する工程であって、前記複数の微小球のそれぞれが、殻材料を含む外殻と前記外殻内に含有されるガス又は液体とを有する、工程と、
前記複合組成物のフィルムを形成する工程と、
前記複合組成物の前記フィルムを加熱して、前記微小球の前記外殻内に含有される前記ガス又は液体を膨張させ、膨張した微小球を形成する工程と、
を含む方法。
（１８）前記複合組成物が、少なくとも１つの溶媒を更に含み、前記方法が、前記フィルムを加熱する前に、前記フィルムから前記溶媒の少なくとも一部を除去する工程を更に含む、項目１７に記載の方法。
（１９）前記フィルムから前記溶媒の少なくとも一部を除去する工程が、前記微小球の前記外殻内に含有される前記ガス又は液体が膨張する温度未満の温度まで、オーブン内で前記フィルムを加熱する工程によって達成される、項目１８に記載の方法。
（２０）前記フィルムを加熱する前に、基材から前記フィルムを除去する工程を更に含む、項目１７に記載の方法。
（２１）加熱後に、前記フィルムをポーリングする工程を更に含む、項目１７に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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