(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）電極と、
ｂ）該電極の上に被覆された、金属、半導体またはイオン結晶からなるナノ粒子が機械的に結合された、空隙を有するスポンジ状の、浸透性の、導電性の構造の層であり、かつ前記ナノ粒子の大きさが、前記層内で形成される１つの空間電荷帯域の大きさの最大で１５倍であり、かつ該層内の空隙の少なくとも一部が電解質で、該空隙の大きさが少なくとも電解質内の空間電荷帯域に相当するように充填された層と、
ｃ）該層の前記電極側でない側の表面に更に隣接して設けられた該電解質の皮膜と、
ｄ）該電極と該電解質の間に電圧を印加する手段とを
有することを特徴とするアクチュエーター。
【請求項２】
前記層の前記電極側でない側の表面に更に隣接して設けられた該電解質の皮膜と該層の間に絶縁性材料からなる層が備えられた、請求項１記載のアクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１記載の電極、スポンジ状の浸透性層、電解質および電圧を印加する手段を有する装置に関する。
【０００２】
Ｋｕｏ−ｃｈｕａｎ  ＬｉｕおよびＭａｒｃ  Ａ.Ａｎｄｅｒｓｏｎ、“Ｐｏｒｏｕｓ  Ｎｉｃｋｅｌ  Ｏｘｉｄｅ／Ｎｉｃｋｅｌ  Ｆｉｌｍｓ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ”、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ.Ｓｏｃ.Ｖｏｌ.１４３（１９９６）１２４〜１３０の刊行物において電気化学的コンデンサーに関して記載されている。このコンデンサーは、７ｍｍの間隔をおいて互いに向かい合う、それぞれ浸透性の、スポンジ状の、支持体に被覆されたＮｉＯ／Ｎｉ粒子の２つの層からなり、粒子の大きさは３〜８ｎｍであり、粒子の孔径は２〜３ｎｍである。この層は液体の電解質が充填されている電気化学的セル内に配置されている。セルと抵抗が直列に接続されている第１の回路によりコンデンサーはポテンシオスタットにより荷電することができる。放電はポテンシオスタットの分路により達成される。層の製造方法が記載されている。
【０００３】
厚さ７ｍｍの液体の電解質の層により互いに分離されている２つの浸透性の層が備えられているので、コンデンサーへの使用が制限される。他の使用、特に光学的効果にもとづく使用は、これにより排除される。浸透性層と液体の電解質の相互作用の形式は正確に記載されていない。特に液体電解質が層に浸入するかどうかは記載されていない。
【０００４】
“ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｏｕｔｅ  ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｎｉｃｋｅｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ”  Ｖｅｎｋａｔ  ＳｒｉｎｉｖａｓａｎおよびＪｏｈｎ  Ｗ.Ｗｅｉｄｎｅｒ、Ｊ.Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ.Ｓｏｃ．、Ｖｏｌ.１４４（１９９７）Ｌ２１０−Ｌ２３１には他の製造方法に関して記載されている。
【０００５】
本発明の課題は、多くの技術的使用に適している、浸透性のスポンジ状のナノ粒子層を有する他の装置を提供することである。
【０００６】
前記課題は請求項１に記載された装置により解決される。請求項２には前記装置の有利な構成が記載されている。
【０００７】
本発明により、電極上に支持体として形成される装置が提供される。電極として、導電性の良好な、化学的に不活性の金属、例えば銀、アルミニウム、ニッケル、金、白金、または銅からなる固体、皮膜または被覆、または透明な導電性の層、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）が適している。有利には皮膜は０.１〜１０００μｍの厚さである。例えば１μｍの規模の薄い皮膜は電気的表示器（ディスプレー）に使用する。厚い皮膜はアクチュエーター技術に使用する。
【０００８】
電極は少なくとも部分的に、互いに結合されたナノ粒子からなるスポンジ状の浸透性層により被覆されている。ここでおよび以下に“浸透性”は透過性の、互いに機械的および導電性に結合された構造を表す。有利には個々の浸透性層のみが存在する。ナノ粒子は金属、例えば銀、金、パラジウム、白金、ニッケルまたはタングステン、半導体、例えば珪素、砒化ガリウムまたは硫化カドミウムまたはイオン結晶、例えばニッケル酸化物またはルテニウム酸化物からなることができる。
【０００９】
ナノ粒子の大きさは最大で形成される空間電荷帯域の大きさの１５倍である。“空間電荷帯域”の語は、例えばＫ.Ｈ.Ｈｅｌｌｗｅｇｅ、Ｅｉｎｆｕｅｈｒｕｎｇ  ｉｎ  ｄｉｅ  Ｆｅｓｔｋｏｅｐｅｒｐｈｙｓｉｋ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ１９７６、４６.２章またはＣｈ.Ｋｉｔｔｅｌ、Ｅｉｎｆｕｅｈｒｕｎｇ  ｉｎ  ｄｉｅ  Ｆｅｓｔｋｏｅｒｐｅｒｐｈｙｓｉｋ、Ｏｌｄｅｎｂｏｕｒｇ、１０.Ａｕｆ.１９９３、“Ｓｃｈｏｔｔｋｙ−Ｂａｒｒｉｅｒｅｎ”の部分に定義され、説明されている。空間電荷帯域は金属の場合は約０.１ｎｍの大きさである。従って金属ナノ粒子は理想的には約１.５ｎｍの大きさであるべきである。半導体の場合は空間電荷帯域はドーピングに依存し、数ｎｍ〜数百ｎｍの大きさである。従って半導体ナノ粒子は約１５〜３００ｎｍの大きさであるべきである。
【００１０】
スポンジ状の浸透性層中の空隙または孔の大きさは少なくとも電解質中の空間電荷帯域に相当しなければならない。そうでなければこれらは任意の大きさであることができる。最適な充填密度の理由から空隙に関して空間電荷帯域の大きさをわずかに上回る大きさ、例えば最大で空間電荷帯域の２倍の大きさを選択する。
【００１１】
層の空隙は少なくとも部分的に電解質が充填されている。電解質は一方では固体電解質または液体電解質、例えば塩溶液であってもよい。有利には空隙はできるだけ完全に電解質で充填されているべきである。完全な充填により、金属または半導体中の空間電荷帯域に存在する同じ電荷がこの典型的な空間電荷帯域中の電解質に分配されることが保証される。
【００１２】
電極上に存在しない浸透性層の自由表面に更に電解質の皮膜が隣接する。この皮膜は一方では層に直接塗布されてもよい。選択的に薄い、例えば０.１〜１０ｎｍの厚さの絶縁性材料の層が浸透性層と皮膜の間に備えられてもよい。両方の場合に皮膜の厚さは約１〜１０００μｍであるべきである。
【００１３】
最後に装置に電極と電解質の間に電圧を印加することができる手段が備えられている。電圧は数ボルト、有利には１〜３ボルトであるべきである。１０Ｖより高い電圧は一般に必要でない。
【００１４】
この装置において印加された電圧により、スポンジ状の浸透性層を形成する、金属または半導体の導電性帯域から電子が除去され、電解質に移動する。スポンジ状層のナノ構造によりこの層の大部分の数の原子が容易に到達する表面に存在し、従って層の原子の３０％までが電子を放出することができる。これにより達成される効果は有利なやり方で利用することができる。
【００１５】
従って、例えば電圧を印加および中断することにより光学的特性を変動することができる。従ってこの装置はカラーまたは白黒の大きな面積の表示器（ディスプレー）として、光の制御に、例えば事務所空間または作業空間での自動的な明るさの調節に、または急速な光学的変調器として使用することができる。他方では前記の効果は機械的特性を変動し、従ってこの装置を体積膨張効果を有するアクチュエーターまたは調節部品として使用することができる。更にこの効果を生じる相の転移に利用することが考慮される。
【００１６】
スポンジ状の浸透性層は複数の方法により製造することができる。可能な製造方法は、以下のとおりである。
【００１７】
ａ）金属または半導体を、決められた分圧の希ガスが充填されている真空受け器で蒸発させる、気相凝縮。処理パラメーターを適当に選択して、冷却した基体上にこの場合に生じるナノ粒子を捕捉することによりスポンジ状の層のネットワークが形成される。
【００１８】
ｂ）混晶または多相ガラスからの浸出。この場合に二相、例えばカルシウムの多い相およびバリウムの多い相でのイオン結晶のスピノダール分解を利用する。この２つの相は前記の方法でスポンジ状に構造化されている。適当な溶剤中の異なる溶解度により２つの相の一方が溶かし出され、全部のネットワークが得られる。
【００１９】
ｃ）電気化学的析出。適当な析出条件により電極上のスポンジ状層中の金属の析出が達成される。