反應性離子液體和使用了其的離子固定化金屬氧化物顆粒、離子固定化彈性體以及轉換器的製造方法
2023-07-05 04:12:56 2
反應性離子液體和使用了其的離子固定化金屬氧化物顆粒、離子固定化彈性體以及轉換器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種包含在含離子層中且作為在施加電壓時向高電阻層的移動受到抑制的離子成分的反應性離子液體，所述含離子層是與作為轉換器的介電層的高電阻層接觸而形成的。製成包含以下陰離子成分與陽離子成分的離子對的反應性離子液體。其中，(a)陰離子成分：(a1)作為反應性基團而具有烷氧基甲矽烷基。(a2)作為陰離子基團而具有羧酸酯基(-COO-基)或磺酸酯基(-SO3-基)。(b)陽離子成分：(b1)包含咪唑鎓陽離子、銨陽離子、吡咯烷鎓陽離子、嗎啉鎓陽離子、磷鎓陽離子中的任一種。(b2)不具有N-H基或P-H基。
【專利說明】反應性離子液體和使用了其的離子固定化金屬氧化物顆 粒、離子固定化彈性體以及轉換器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及反應性離子液體和使用了其的離子固定化金屬氧化物顆粒、離子固定 化彈性體以及轉換器。
【背景技術】
[0002] 轉換器有進行機械能與電能的轉換的制動器（actuator)、傳感器、發電元件等； 或者進行聲能與電能的轉換的揚聲器、麥克風等。為了構成柔軟性高、體積小且質量輕的轉 換器，介電彈性體等高分子材料是有用的。
[0003] 例如，在由介電彈性體製成的介電膜的厚度方向兩面配置一對電極，可以構成制 動器。對於這種制動器而言，增加向電極間施加的電壓時，電極間的靜電引力變大。因此，夾 持在電極間的介電膜在厚度方向上被壓縮，介電膜的厚度變薄。膜厚變薄時，介電膜向平行 於電極面的方向伸長相應部分。另一方面，減小向電極間施加的電壓時，電極間的靜電引力 變小。因此，對介電膜的源自厚度方向的壓縮力變小，膜厚因介電膜的彈性恢復力而變厚。 膜厚變厚時，介電膜向平行於電極面的方向收縮相應部分。像這樣，制動器通過使介電膜伸 長、收縮，從而使驅動對象部件進行驅動。
[0004] 從增加從制動器取出的力和位移量的觀點出發，期望的是，介電膜具有以下的特 性。即，相對介電常數大以使施加電壓時向介電膜的內部蓄積大量電荷；耐絕緣擊穿性優異 用以耐受高電場；柔軟性高從而能夠重複伸縮等。因此，作為介電膜的材料，大多使用耐絕 緣擊穿性優異的矽橡膠、相對介電常數大的丙烯酸類橡膠、丁腈橡膠等（例如參照專利文 獻 1、2)。
[0005] 現有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本特表2003-506858號公報
[0008] 專利文獻2 :日本特表2001-524278號公報
[0009] 專利文獻3 :日本特開2011-201104號公報
【發明內容】
[0010] 發明要解決的問題
[0011] 此處，矽橡膠以矽氧烷鍵作為骨架。因而電阻大。因此，由矽橡膠製成的介電膜即 使施加大的電壓也難以絕緣擊穿。然而，矽橡膠的極性小。換言之，相對介電常數小。因此， 使用由矽橡膠製成的介電膜來構成制動器時，相對於施加電壓的靜電引力小。因此，通過實 用的電壓無法獲得期望的力和位移量。
[0012] 另一方面，丙烯酸類橡膠、丁腈橡膠的相對介電常數比矽橡膠的相對介電常數大。 因此，介電膜的材料使用丙烯酸類橡膠等時，相對於施加電壓的靜電引力與使用矽橡膠時 相比變大。然而，丙烯酸類橡膠等的電阻比矽橡膠小。因此，介電膜容易絕緣擊穿。另外，在 施加電壓時電流會在介電膜中流通（所謂的漏電流）、電荷難以貯留在介電膜與電極的界 面附近。因此，儘管相對介電常數大，靜電引力也會變小，無法獲得充分的力和位移量。進 而，電流在介電膜中流通時，介電膜有可能因所產生的焦耳熱而被擊穿。
[0013] 像這樣，通過一種材料來實現會滿足生成力和耐絕緣擊穿性的介電膜是困難的。 因而，正在研究通過多種材料來實現會滿足生成力和耐絕緣擊穿性的介電膜。
[0014] 例如，專利文獻3中提出了 ：作為介電膜的結構，由包含彈性體和離子成分的含離 子層與包含彈性體且具有比該含離子層大的體積電阻率的高電阻層層疊而成。
[0015] 然而，在專利文獻3所記載的技術中，含離子層的離子容易向高電阻層移動，因此 有可能產生高電阻層的絕緣擊穿。因此，在這樣的技術方案中，尋求含離子層的離子不會向 高電阻層移動的方法。
[0016] 本發明是鑑於上述情況而進行的，本發明要解決的課題在於，提供包含在含離子 層中且作為在施加電壓時向高電阻層的移動受到抑制的離子成分的反應性離子液體，所述 含離子層是與作為轉換器的介電層的高電阻層接觸而形成的。另外，提供使用了其的離子 固定化金屬氧化物顆粒、離子固定化彈性體以及轉換器。
[0017] 用於解決問題的方案
[0018] 為了解決上述課題，本發明的反應性離子液體的主旨在於，其包含以下的陰離子 成分與陽離子成分的離子對。
[0019] (a)陰離子成分：
[0020] (al)作為反應性基團而具有燒氧基甲娃燒基；
[0021] (a2)作為陰離子基團而具有羧酸酯基（-C0CT基）或磺酸酯基（-SCV基），
[0022] (b)陽離子成分：
[0023] (bl)包含咪唑鎗陽離子、銨陽離子、吡咯烷鎗陽離子、嗎啉鎗陽離子、磷鎗陽離子 中的任一種；
[0024] (b2)不具有N-H基或P-Η基。
[0025] 此處，作為陰離子成分，作為適合成分可例示出包含下述通式（1)或（2)所述結構 的成分。
【權利要求】
1. 一種反應性離子液體，其特徵在於，其包含以下的陰離子成分與陽離子成分的離子 對， (a) 陰離子成分： (al)作為反應性基團而具有燒氧基甲娃燒基； (a2)作為陰離子基團而具有羧酸酯基（-COCT基）或磺酸酯基（-SCV基）， (b) 陽離子成分： (bl)包含咪唑鎗陽離子、銨陽離子、吡咯烷鎗陽離子、嗎啉鎗陽離子、磷鎗陽離子中的 任一種； (b2)不具有N-H基或P-Η基。
2. 根據權利要求1所述的反應性離子液體，其特徵在於，所述陰離子成分包含下述通 式⑴或⑵所述的結構，
式（1)中，&?R3表示直鏈狀或支鏈狀的烷基；式（2)中，R4?R7表示直鏈狀或支鏈 狀的燒基。
3. 根據權利要求1或2所述的反應性離子液體，其特徵在於，所述陽離子成分包含下述 通式（3)?（6)中任一項所述的結構，
4. 一種離子固定化金屬氧化物顆粒，其特徵在於，權利要求1?3中任一項所述的反應 性離子液體的陰離子成分介由基於所述反應性基團的矽烷醇基而被固定於金屬氧化物顆 粒。
5. -種離子固定化彈性體，其特徵在於，權利要求4所述的離子固定化金屬氧化物顆 粒在具有能夠與該離子固定化金屬氧化物顆粒中包含的羥基反應的官能團的彈性體上通 過所述離子固定化金屬氧化物顆粒的羥基與所述彈性體的官能團的反應而被固定。
6. -種轉換器，其特徵在於，其具備：包含彈性體且體積電阻率為1〇12Ω ·_以上的高 電阻介電層、以及配置在該高電阻介電層的表背兩側的一對電極， 所述高電阻介電層與負電極之間夾裝有權利要求5所述的離子固定化彈性體形成的 離子固定化介電層。
【文檔編號】C08K9/06GK104114567SQ201380009129
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年3月15日 優先權日:2012年3月30日
【發明者】高松成亮, 松野亮介, 熊谷信志, 小久保陽太, 橋本和信, 吉川均, 高原淳, 大塚英幸 申請人:東海橡塑工業株式會社, 國立大學法人九州大學