(57)【要約】【課題】十分な導電性を有し、かつ、十分な電極面積を有し、イオン交換樹脂型アクチュエータ等の電極に好適に用いることのできる電極用組成物の作製方法、この作製方法を用いたアクチュエータ層の作製方法及び電極用組成物を提供する。【解決手段】電極用組成物は、イオン交換樹脂の分散溶液に金属イオンを含む溶液を混合することにより、イオン交換樹脂に金属イオンを吸着させ、イオン交換樹脂に吸着した金属イオンを、還元剤を用いて前記分散溶液中で還元させ、イオン交換樹脂中に金属微粒子を生成し、この分散溶液をペースト状電極用組成物とする。作製された電極用組成物を、イオン交換樹脂膜の両面に塗布することにより、電極を作製し、アクチュエータ層を作製する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換樹脂の分散溶液に金属イオンを吸着させる工程と、
前記イオン交換樹脂に吸着した金属イオンを、還元剤を用いて前記分散溶液中で還元させ、前記イオン交換樹脂中に金属微粒子を生成する工程と、を有し、この金属微粒子の生成した分散溶液を電極用組成物とすることを特徴とする電極用組成物の作製方法。
【請求項２】
前記金属微粒子は、金、白金及びパラジウムの中から選ばれた材料で構成されている請求項１に記載の電極用組成物の作製方法。
【請求項３】
イオン交換樹脂膜の両面に電極が設けられた構成のアクチュエータ層を作製する方法であって、
イオン交換樹脂の分散溶液に金属イオンを吸着させる工程と、
前記イオン交換樹脂に吸着した金属イオンを、還元剤を用いて前記分散溶液中で還元させ、前記イオン交換樹脂中に金属微粒子を生成する工程と、
得られた前記イオン交換樹脂及び前記金属微粒子で構成された分散溶液を、前記イオン交換樹脂膜に塗布することにより、前記電極を作製する工程と、を有することを特徴とするアクチュエータ層の作製方法。
【請求項４】
前記イオン交換樹脂は、前記イオン交換樹脂膜と同じ材料が用いられる請求項３に記載のアクチュエータ層の作製方法。
【請求項５】
複数のイオン交換樹脂の塊と複数の金属微粒子で構成された電極用組成物であって、
前記イオン交換樹脂の塊のそれぞれは、複数の空洞領域と、これらの空洞領域を接続する管状のパス領域と、を有する構造を成し、
前記空洞領域及び前記パス領域の内側表面、さらに前記イオン交換樹脂の塊の外側表面に、金属微粒子が複数付着したことを特徴とする電極用組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を印加することにより力学的に作動し（湾曲又は変形し）、これにより反力を発生するアクチュエータ等に必要とされる大面積の電極用組成物の作製方法、この作製方法を用いたアクチュエータ層の作製方法、及び電極用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化とともに、伸縮や屈曲等の複雑な動作を可能とするソフトアクチュエータが注目されており、その中で、イオン交換樹脂膜を用いたイオン交換樹脂型アクチュエータが提案されている。
イオン交換樹脂型アクチュエータは、高分子電解質膜、特にイオン交換樹脂膜を介してその両側に電極を配した構造を備え、伸縮や屈曲等の複雑な動作を可能とする。
【０００３】
下記特許文献１に記載されるイオン交換樹脂型アクチュエータは、含水状態で電極に電界を印加することにより、イオン交換樹脂膜中の電解質が移動するため、電解質の偏りによって力学的作動を発揮する。
一般に、当該アクチュエータは、電極面積を増やすことがアクチュエータとしての実用的変位や高速動作を実現する上で必要である。このために、下記特許文献２では、イオン交換樹脂膜に化学めっきを施し、イオン交換樹脂膜の表面に樹枝状電極を形成して、電極面積を大幅に増加させることにより、アクチュエータの変位や応力の特性を大幅に向上させている。しかしながら、特許文献２のアクチュエータでは、化学メッキを用いた電極を作製するため、大面積の電極を均質に作製することが難しく、樹枝状電極の厚さが不均一となり、さらに、生産性向上の点で劣るといった問題がある。
【０００４】
一方、電極の形成の簡便な方法として、電極材料の塗布または印刷による方法が挙げられる。印刷によりイオン交換樹脂型アクチュエータの電極を形成する方法は、下記特許文献３に記載されている。これによると、導電性粒子であるカーボンフィラーとイオン交換樹脂とを用いてペースト状の印刷用インクを作製し、これをイオン交換樹脂膜の両面に印刷塗布し電極を形成する。しかし、この方法で形成される電極は、カーボンフィラーをイオン交換樹脂に単純に混合しているため、アクチュエータの実用的変位を実現する程度に電極面積を確保することはできない。この理由として、以下のことが考えられる。印刷用インクには、導電性粒子をインクとして分散させるための分散剤が必要であり、導電性粒子のサイズによっては、導電性粒子の安定化のための安定剤が必要である。このため、導電性粒子の表面には、分散剤や安定剤が存在する。これらの分散剤や安定剤は、導電性粒子に比較して導電性が著しく低い。このため、導電性粒子間の導通が不十分となり、電極としての導電性が不十分である。また、導電性粒子が高分子電解質に分散した印刷用インクでは、導電性粒子の周りに導電性の低い高分子電解質が存在するため、導電性粒子間の導電パスの形成が十分に成されない。このため、電極面積が十分でない。
【０００５】
このような大面積の電極を作製する必要性は、イオン交換樹脂型アクチュエータのみならず、電極面積の大きいことを必要とするセンサー、発電素子、キャパシタ、太陽電池、燃料電池等の分野にもある。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２７５０７８号公報
【特許文献２】特許２９６１１２５号公報
【特許文献３】特開２００５−１７６４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために、イオン交換樹脂型アクチュエータのみならず、電極面積の大きいことを必要とするセンサー、発電素子、キャパシタ、太陽電池、燃料電池等に好適に用いることのできる、すなわち、十分な導電性を有する組成物であって、十分な電極面積を有する電極の作製に用いることのできる電極用組成物の作製方法、この作製方法を用いて、十分な電極面積を持った電極を有するアクチュエータ層を作製するアクチュエータ層の作製方法及び電極用組成物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明は、イオン交換樹脂の分散溶液に金属イオンを含む溶液を混合することにより、このイオン交換樹脂に金属イオンを吸着させる工程と、前記イオン交換樹脂に吸着した前記金属イオンを、還元剤を用いて前記分散溶液中で還元させ、前記イオン交換樹脂中に金属微粒子を生成する工程と、を有し、この金属微粒子の生成した分散溶液を電極用組成物とすることを特徴とする電極用組成物の作製方法を提供する。
【０００９】
その際、前記金属微粒子は、金、白金及びパラジウムの中から選ばれた材料で構成されていることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明は、イオン交換樹脂膜の両面に電極が設けられた構成のアクチュエータ層を作製する方法であって、イオン交換樹脂の分散溶液に金属イオンを吸着させる工程と、前記イオン交換樹脂に吸着した金属イオンを、還元剤を用いて前記分散溶液中で還元させ、前記イオン交換樹脂中に金属微粒子を生成する工程と、得られた前記イオン交換樹脂及び前記金属微粒子で構成された分散溶液を、前記イオン交換樹脂膜に塗布することにより、前記電極を作製する工程と、を有することを特徴とするアクチュエータ層の作製方法を提供する。
【００１１】
その際、前記イオン交換樹脂は、前記イオン交換樹脂膜と同じ材料が用いられることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明は、複数のイオン交換樹脂の塊と複数の金属微粒子で構成された電極用組成物であって、前記イオン交換樹脂の塊のそれぞれは、複数の空洞領域と、これらの空洞領域を接続する管状のパス領域と、を有する構造を成し、前記空洞領域及び前記パス領域の内側表面、さらに前記イオン交換樹脂の塊の外側表面に、金属微粒子が複数吸着したことを特徴とする電極用組成物を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、イオン交換樹脂の分散溶液に金属イオンを含む溶液を混合することにより、イオン交換樹脂に金属イオンを吸着させ、この後、吸着した金属イオンを、還元剤を用いて還元させ、イオン交換樹脂の塊の中に多数の金属微粒子を生成する。生成された金属微粒子は、イオン交換樹脂の塊の中の、複数の空洞領域と、これらの空洞領域を接続する管状のパス領域の内側表面と、イオン交換樹脂の塊の外側表面と、に多数付着した構成となっている。しかも、この塊が多数集まってクラスターを形成する。さらに、従来のように、安定剤や分散剤を必要としない。このため、十分な導電性を有する電極用組成物を作製でき、かつ、この電極用組成物を使用して厚さが均一で十分な電極面積を有する電極を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の電極用組成物の作製方法を好適に用いて作製されたアクチュエータの一例を説明する図である。
図１に示すアクチュエータ１０は、アクチュエータ層１２と、アクチュエータ層１２と接続される配線１４と、配線１４の他方の端部で接続される信号制御ユニット１６と、を有して構成される。
【００１５】
アクチュエータ層１２は、アクチュエータ層１２の両側の異なる面に設けられた電極層１８，２０と、この電極層１８、２０に挟まれたイオン交換樹脂膜２２とを有する。
イオン交換樹脂膜２２は、特に限定されないが、例えば、陽イオン交換樹脂膜、陰イオン交換樹脂膜あるいは両イオン交換樹脂膜が用いられる。この中で、アクチュエータとしての動作の点から、陽イオン交換樹脂膜が好ましい。陽イオン交換樹脂膜の場合、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、フッ素系樹脂等にスルホン酸基、カルボキシル基等の置換基を導入したものが用いられる。例えば、陽イオン交換樹脂膜として「ナフィオン」（登録商標、Du Pont社製商品名）や「フレミオン」（登録商標、旭硝子社製商品）が用いられる。又、ベンズイミダゾール骨格を有するイオン交換樹脂膜、あるいはスルホン化ポリエーテルスルホン系イオン交換樹脂膜、ポリアリールエーテル系イオン交換樹脂膜又はスルホン化ポリエーテルエーテルケトン系イオン交換樹脂膜、さらには、ポリイミド系イオン交換樹脂膜等も用いられる。
【００１６】
電極層１８，２０は、本発明の電極用組成物によって形成された層である。電極層１８，２０は、イオン交換樹脂と金属微粒子から構成されている。金属微粒子の材料として、金が用いられる。この他に、導電性の高い白金やパラジウムやロジウムを用いることもできる。図２（ａ）は、電極層１８，２０の構造を分かり易く説明した図である。
電極層１８，２０は、イオン交換樹脂の塊が重なり合って形成されたものであり、各イオン交換樹脂の塊は、複数の房状の空洞領域２４と、これらの空洞領域２４を接続する管状の空洞を成したパス領域２６と、を有し、立体的な網目構造となっている。
【００１７】
空洞領域２４及びパス領域２６の内側表面は、金属イオンを吸着できる置換基で形成されており、この内側表面に、金属イオンを還元して生成された多数の金属微粒子２８が吸着している。この金属微粒子は、イオン交換樹脂の塊中の空洞領域を埋め尽くすように生成されている。このため、パス領域２６は、金属微粒子からなるワイヤ状の導電パスを形成している。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示される構造のイオン交換樹脂の塊３０が複数かたまってクラスター３２を形成していることを示す図である。図２（ｂ）では、金属微粒子の図示は省略している。イオン交換樹脂の塊３０の外側表面は、上記内側表面と同様に金属イオンを吸着可能な置換基で形成されており、この外側表面にも、金属イオンを還元して生成された多数の金属微粒子２８が付着している。
【００１８】
図３には、ナフィオン（登録商標）の化学構造が示されている。図３中のスルホン酸基（−ＳＯ3−Ｈ＋）が空洞領域２４及びパス領域２６の内側表面と、外側表面に配置され、Ｈ＋が金属イオンと交換されイオン吸着された状態で還元剤により金属微粒子２８が生成される。したがって、図２（ｂ）に示すようにクラスター３２となった複数のイオン交換樹脂の塊３０の外側表面にある金属微粒子同士が接続されて、さらに、内側表面と外側表面の金属微粒子とが接続されて、イオン交換樹脂の塊３０の表面全体が導通可能状態となっている。このような複数のイオン交換樹脂の塊３０が重なり合って電極層１８，２０を形成し、金属微粒子による導電パスが、３次元ネットワーク構造となって、電極層１８，２０を構成している。
このため、極めて表面積が大きく、金属微粒子同士が３次元ネットワーク状に繋がって接続されているので、良好な導電パスを形成する。
例えば、パス領域２６の径は１０ｎｍ程度であり、イオン交換樹脂の塊３０の径は、１００ｎｍ〜数１００ｎｍであり、金属微粒子２８の径は数ｎｍとなっている。
電極層１８，２０の作製方法は後述する。
【００１９】
このようなアクチュエータ層１２には、電解質溶液を含浸させることで、アクチュエータ層として活性化される。電解質溶液は、電解塩が溶解して導電性を有するものであればよい。例えば、カチオンとしてリチウムイオンを好適に用いることができる。この他、カチオンとして、ジアルキルイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピペリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリジニウムイオンからなる群から選択されるものも用いることができる。又、アニオンとして、ＡlＣｌ4-、ＢＦ4-、ＣｌＯ4-、ＰＦ6-、ＳｂＦ6-、Ｃｌ-、スルホニウムイミドアニオン、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎ-からなる群から選択されるものを用いることができる。溶媒として、水や、低揮発性の非水系溶媒、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン、ブチロラクトン等の有機溶剤を用いることができる。特に、低揮発性の有機溶剤は、気中動作及び長期的な使用の点から好適である。電解質溶液として、室温でも液体として存在する塩であるイオン性液体、ゲル電解質を使用することもできる。
アクチュエータ層１２には、溶媒の揮発を防止するために、カバー層（図示されない）を設けることが好ましい。
【００２０】
信号制御ユニット１６は、所定の電圧（−２〜＋２Ｖの電圧）を、所定のタイミングにしたがって電極層１８，２０間に加えることにより、イオン交換樹脂膜中に電界を作り、イオン交換樹脂膜２２内の電解質溶液の移動を引き起こさせる。この移動に伴って、イオン交換樹脂膜２２を変形させて、アクチュエータ１０は湾曲又は変形する。
なお、電極層１８，２０は、可撓性を有し、イオン交換樹脂膜２２の屈曲または変形に追従する。これは、イオン交換樹脂の塊３０がクラスター状に重なり合って構成されているからである。特に、イオン交換樹脂膜２２と電極層１８，２０との密着性を十分にするには、電極層１８，２０に塊３０として用いるイオン交換樹脂は、イオン交換樹脂膜２２と同じ材料、組成を用いることが好ましい。
【００２１】
このような構成のアクチュエータ１０における電極層１８，２０の作製方法について以下説明する。電極層１８，２０は、ペースト状の電極用組成物をイオン交換樹脂膜２２に塗布することにより形成する。
まず、ペースト状の電極用組成物の作製から説明する。電極用組成物の作製は、イオン吸着工程と還元工程を少なくとも１回以上繰り返す。
【００２２】
（１）イオン吸着工程
イオン吸着工程とは、イオン交換樹脂の分散溶液に金属イオンを含む溶液を混合することにより、イオン交換樹脂に金属イオンを吸着させる工程である。
まず、イオン交換樹脂が溶媒に分散した分散溶液をつくる。イオン交換樹脂は、特に限定されないが、例えば、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂あるいは両イオン交換樹脂が用いられる。この中で、アクチュエータとしての動作の点から、陽イオン交換樹脂が好ましい。陽イオン交換樹脂の場合、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、フッ素系樹脂等にスルホン酸基、カルボキシル基等の置換基を導入したものが用いられる。例えば、陽イオン交換樹脂として「ナフィオン」（登録商標、Du Pont社製商品名）や「フレミオン」（登録商標、旭硝子社製商品）が用いられる。又、ベンズイミダゾール骨格を有するイオン交換樹脂、あるいはスルホン化ポリエーテルスルホン系イオン交換樹脂、ポリアリールエーテル系イオン交換樹脂又はスルホン化ポリエーテルエーテルケトン系イオン交換樹脂、さらには、ポリイミド系イオン交換樹脂等も例示される。
【００２３】
溶媒は、特に限定されず、例えばメタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール、水、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、グリセリン、エチレングリコールジメチルエーテル・ジエチルエーテル、オリゴ（ポリ）エチレングルコール及びその誘導体及びそのエステルを１種類以上を含んだ混合物が挙げられる。分散溶液の作製において、必要に応じて加熱してもかまわない。
ここで、分散溶液では、イオン交換樹脂の塊がクラスターとなって溶媒に分散した状態となっている。アクチュエータ層に不要な金属イオンが入らないようにするために、使用する溶媒は蒸留精製したものであることが好ましい。
【００２４】
一方、イオン交換樹脂は、次工程で金属イオンを吸着させるために、イオン交換樹脂を洗浄したものが用いられる。すなわち、金属種（カチオン種）の除去、金属イオンの吸着を阻害する物質の除去のために洗浄が行われる。溶媒に分散させる前のイオン交換樹脂を酸、塩基により洗浄してもかまわない。又沸騰純水中で洗浄してもかまわない。溶媒に分散した状態では、分散溶液を、金属イオン吸着剤入りカラムに通し、余分な金属イオンを除去することがもっとも好ましい。これらの洗浄等は必要に応じて行うとよい。
作製された分散溶液を、金属イオンを含む溶液と混合することにより、金属イオンをイオン交換樹脂に吸着させる。イオン交換樹脂は、上述したように、複数の塊となっており、その塊のそれぞれは空洞領域２４及びパス領域２６を有する構造となっているので、金属イオンは、この塊の外側表面のみならず、空洞領域２４及びパス領域２６の内側表面にも吸着される。金属イオンは、特に限定されないが、金イオン、白金イオン、パラジウムイオン、ロジウムイオンが挙げられる。
【００２５】
（２）還元工程
還元工程は、イオン交換樹脂に吸着した金属イオンを、還元剤を用いて分散溶液中で還元させ、イオン交換樹脂中に金属微粒子を生成する工程である。これによって得られた分散溶液をペースト状電極用組成物とする。
還元方法は、既知の方法を用いることができる。還元剤としては、還元糖類（グルコース，ガラクトースおよびラムノース）、ヒドラジン化合物、ＮａＢＨ4、アミン類、一級アルコール、二級アルコール、ホルムアルデヒド、次亜リン酸、ジメチルアミンボラン、グリオキシル酸、ホスフィン誘導体、トルエンスルフィン酸、ハイドロキノン、カテコール、酸化還元電位が該当金属微粒子となる金属より負にある金属類、還元性のある樹脂等を用いることができる。これらの還元剤は１種類以上含めばよい。
還元の際、超音波を加えてもよい。反応速度を上げるために、金属触媒、アンモニアなどの塩基性触媒を添加してもよい。また、ｐＨを調整してもよいし、適宜、加熱してもよい。
【００２６】
金属イオンを吸着することにより、イオン交換樹脂の塊の外側表面及び内側表面に金属微粒子が多数付着した構造となっている。金属微粒子が生成された分散溶液は、アクチュエータ用の電極用組成物としてそのまま用いることができるが、既知の方法により洗浄してもよい。例えば、不要な物質を吸着剤で吸着させてもよいし、溶媒を蒸留し、酸、塩基等で洗浄後、溶媒を用いて再度分散溶液を作製してもよい。又、減圧濃縮等によって、溶媒を留去後、塗布用インクとして適した溶媒に、金属微粒子が生成し付着したイオン交換樹脂を分散させてもよい。分散溶液は、この後、導電助剤、安定剤、分散剤、粘度調整剤等を添加してもよい。
【００２７】
（３）電極の作製
得られた電極用組成物の分散溶液は、イオン交換樹脂膜２２の片側もしくは両側の面に塗布される。ここで、分散溶液に分散するイオン交換樹脂の材料は、イオン交換樹脂膜と同じ材料、組成を用いることが、電極層１８，２０とイオン交換樹脂膜２２との密着性を高める上で好ましい。
分散溶液の塗布方法は、特に限定されず、例えば、スクリーン印刷法、スピンコート法、インクジェット印刷法、ディスペンサーを用いた塗布方法、ディップコート法を用いることができる。
さらには、分散溶液の金属微粒子の分散濃度を電極層１８，２０の厚さ方向で変えてもよい。例えば、電極層１８，２０の外側では、金属微粒子の密度が高く、内側に行くに従って金属微粒子の密度が徐々に低くなるようにしてもよい。
【００２８】
以上のように、本発明の電極用組成物は、溶液に分散したイオン交換樹脂に金属イオンを吸着させ、吸着した金属イオンを直接還元させ、金属微粒子を得る。このため、イオン交換樹脂が金属微粒子の安定剤及び分散剤として機能するので、従来必要とした安定剤や分散剤が不要である。従って、導電性が向上する。
一方、金属イオンが還元されて生成された金属微粒子は、イオン交換樹脂の塊の外側表面のみならず空洞領域２４及びパス領域２６の内側表面にも付着して、金属微粒子からなる三次元ネットワークの構造を作るので、表面積が大きな電極層を作ることができる。
【００２９】
このような電極用組成物である分散溶液は、上述のアクチュエータのみならず、電極面積が大きいことが必要なセンサー、発電素子、キャパシタ、太陽電池、燃料電池等に好適に用いることができる。
【００３０】
以下、本発明の電極用組成物の効果を調べた。
〔実施例〕
電極用組成物である分散溶液（イオン交換樹脂分散溶液）として、ナフィオン（登録商標）のエタノール分散溶液（アルドリッチ社製）を用いた。金属イオンとして金イオンを用い、金濃度が４７重量％の塩化金酸（小島化学薬品製）を用いた、塩化金酸をエタノールに溶解し、金換算で約０．３重量％のエタノール溶液を得た。
イオン交換樹脂分散溶液に、約０．３重量％の上記塩化金酸エタノール溶液を必要量滴下し、混合溶液を下記表１に示すように得た（サンプル＃１〜＃５）。混合溶液を３時間撹拌子で撹拌し、イオン交換樹脂分散溶液中のイオン交換樹脂に金イオンを吸着させた。金イオンを吸着させたイオン交換樹脂分散溶液を撹拌子で激しく撹拌しながら、還元剤としてヒドラジンを数滴滴下し、３時間続けて撹拌した。これによって、金イオンを還元し、金属微粒子として金微粒子を析出させた。更に、超音波をこの溶液に１０分間与え、還元反応を完了させて、電極用組成物を得た。
表１中のナフィオン溶液とは、ナフィオンのエタノール分散溶液である。
【００３１】
【表１】
2009189118.tif 000003
【００３２】
金微粒子のサイズは、散乱光光度計を用いて測定した。測定結果、金粒子の粒子径は、粒子径１０ｎｍ以下、粒子径１５０ｎｍ以下、粒子径１〜５μｍ程度の３つの分布域があることが確認できた。さらに、エタノール溶液中での紫外可視吸収スペクトルの測定を行い、波長５３０ｎｍ付近に、金のプラズモン由来の吸収が確認でき、これより、数ｎｍ程度の金ナノ粒子の存在が確認できた。更に、電子顕微鏡により金微粒子の構造およびサイズを調べ、１５０ｎｍ程度の粒子が集合した突起の多い形状であることが確認できた。
以上の測定結果から、イオン交換樹脂のパス領域２６に相当する１０ｎｍ以下の径の金粒子が存在することと、分散溶液中で、イオン交換樹脂の塊のサイズに相当する１５０ｎｍ程度の金微粒子が存在することと（イオン交換樹脂の塊の外側表面に多数の金微粒子が付着して形成されていること）、さらに、これらの塊が集合した１〜５μｍの粒子が存在すること（外側表面に多数の金粒子が付着していたイオン交換樹脂の塊がクラスター状に集合していること）がわかった。
この構造は、図２（ａ），（ｂ）に示す構造である。
【００３３】
この金粒子が付着したイオン交換樹脂の長期的な安定性を確認するために、紫外可視分光測定による金粒子由来の吸収体の吸収波長の経時変化を測定した。
下記表２は、表１に示すサンプル＃５の測定結果を示す。表２より、金粒子由来の吸収波長は３ヶ月（９０日）経過後も殆ど変化しないことがわかる。分散溶液は、３ヶ月経過後も沈殿・分離等が発生しなかった。したがって、イオン交換樹脂に金粒子が付着した電極用組成物は、安定性を有することが確認できた。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
次に、上記電極用組成物の抵抗値を調べた。電極用組成物の分散溶液を、直径１ｃｍのステンレス板に塗布し、厚さ５０μｍの電極用膜を作製し、この膜の表層を直径１ｃｍのステンレス板で覆った。すなわち、２枚のステンレスの板で電極用膜を挟んだ。抵抗値は、交流インピーダンス法により測定した。３０℃における抵抗値を、上述のサンプル＃１〜＃５について調べ、図４に示す結果となった。
図４に示すグラフから分かるように、抵抗値は金濃度に依存し、金濃度が高いほど抵抗値は下がり導電性が高いことがわかる。金濃度が１０〜１５重量％以上において、アクチュエータ用電極として使用可能であることがわかった。サンプル＃１〜＃５の中で導電性が最も高い、サンプル＃５（金濃度２５重量％）を用いて、以降のアクチュエータを作製した。
【００３６】
図１に示すイオン交換樹脂膜２２として、厚さ２５μｍのナフィオン（登録商標）フィルムを用い、アクチュエータ層を作製した。
ナフィオン（登録商標）フィルムは＃２３０の紙やすりで表面を研磨した後、このフィルムを、０．３％過酸化水素水溶液中に３０分漬け、その後８０℃純水中で１時間洗浄した。洗浄したナフィオン（登録商標）フィルムを、８時間常温で真空乾燥した。この後、エタノール中に１日放置し、ナフィオン（登録商標）フィルムを膨潤させた。
上述したサンプル＃５の溶液を、エタノールで膨潤したナフィオン（登録商標）フィルムの両面にキャストし、電極層１８，２０を形成した。電極層１８，２０の厚さは、５０μｍであった。作製したアクチュエータ層１２を、４０℃の恒温層で２時間乾燥し、フィルム中のエタノールを除去した。
【００３７】
作製したアクチュエータ層のナフィオン（登録商標）フィルムに、アクチュエータ駆動溶液を含浸させた。アクチュエータ駆動溶液として３種類の電解質（電解質１〜３）を使用した。
（１）電解質１
ＬｉＴＦＳＩ（リチウムビス（テトラフルオロメタン）イミド）水溶液（０．０１Ｍ）中に乾燥したアクチュエータ層を１日放置して、イオン交換してアクチュエータ層１２を活性化させた。
（２）電解質２
低揮発性電解質であるＬｉＴＦＳＩ／ＰＣ（プロピレンカーボネート）溶液（０．０１Ｍ）中に乾燥したアクチュエータ層を１日放置して、イオン交換してアクチュエータ層１２を活性化させた。
（３）電解質３
イオン性液体であるＥＭＩＴＦＳＩ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミド）中に乾燥したアクチュエータ層を１日放置して、イオン交換してアクチュエータ層１２を活性化させた。
【００３８】
イオン交換により活性化したアクチュエータ層を溶液中と、空気中のそれぞれの動作環境下で測定した。ここで、空気中とは、溶液中ではなく、溶液から出して測定していることをいう。なお、ＥＭＩＴＦＳＩを含浸したサンプル３については、空気中のみ測定した。
サンプル１Ａは、アクチュエータ層をＬｉＴＦＳＩ（０．０１Ｍ）で洗浄したものを用いた。サンプル１Ｂは、アクチュエータ層をＬｉＴＦＳＩ（０．０１Ｍ）で洗浄後、表面の溶液を拭き取り、ポリウレタン樹脂で表面をコートしたものを用いた。サンプル２Ａは、アクチュエータ層をＬｉＴＦＳＩ／ＰＣ溶液（０．０１Ｍ）でしたものを用いた。サンプル２Ｂは、アクチュエータ層をＬｉＴＦＳＩ（０．０１Ｍ）で洗浄後、表面の溶液を拭き取ったものを用いた。サンプル３は、アクチュエータ層をＥＭＩＴＦＳＩで洗浄後、表面に付着した液を拭き取ったものを用いた。
いずれのサンプルも、幅５ｍｍ長さ２５ｍｍの短冊状のものであり、アクチュエータ層１２の電極層１８，２０に２Ｖの電圧を印加し、そのときのアクチュエータ層の先端の変位量を動作結果としてまとめた。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
サンプル１Ａ〜３の５種類の変位量は、実用的に変位する。これより、従来の化学めっきを用いた樹枝状電極と同等の性能を有する電極を、電極用組成物をイオン交換樹脂膜に塗布するだけで容易に形成することができることがわかった。
【００４１】
以上、本発明の電極用組成物の作製方法、この作製方法を用いたアクチュエータ層の作製方法及び電極用組成物について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の電極用組成物の作製方法を用いて作製されたアクチュエータの一例を説明する図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の電極用組成物の構造を説明する図である。
【図３】本発明の電極用組成物に用いるイオン交換樹脂の化学構造を説明する図である。
【図４】本発明の電極用組成物の抵抗値と金濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  アクチュエータ
１２  アクチュエータ層
１４  配線
１６  信号制御ユニット
１８，２０  電極層
２２  イオン交換樹脂膜
２４  空洞領域
２６  パス領域
２８  金属微粒子
３０  塊
３２  クラスター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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