カーボンナノチューブを利用した電歪構造体及び電歪アクチュエータ
【課題】本発明は、電歪構造体及び電歪アクチュエータに関し、特にカーボンナノチューブを利用した電歪構造体及び電歪アクチュエータに関する。
【解決手段】本発明の電歪構造体は、熱膨張係数が異なる柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体の一つの表面に設置されたカーボンナノチューブ膜状構造体を含む。少なくとも一部の前記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の一つの表面から、前記柔軟性の高分子構造体に埋め込まれている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成されている。また、本発明は、電歪構造体を利用したアクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明の電歪構造体は、熱膨張係数が異なる柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体の一つの表面に設置されたカーボンナノチューブ膜状構造体を含む。少なくとも一部の前記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の一つの表面から、前記柔軟性の高分子構造体に埋め込まれている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成されている。また、本発明は、電歪構造体を利用したアクチュエータを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電歪構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）及びアクチュエータに関し、特にカーボンナノチューブを利用した電歪構造体及び電歪アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電歪アクチュエータは、入力エネルギーを出力機械的エネルギーに変換するデバイスである。例えば、電歪アクチュエータは、静電アクチュエータ、電磁気アクチュエータ及び電熱アクチュエータの３種類に分類することができる。
【０００３】
典型的な電熱アクチュエータは、熱膨張係数が異なる二つの金属層を含む二重層構造体である。前記電熱アクチュエータに電流を提供する場合に、前記二つの金属層の熱膨張係数が異なるので、該電熱アクチュエータは、湾曲することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７０４５１０８号明細書
【特許文献２】国際公開第２００７／０１５７１０号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０２９９０３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記電熱アクチュエータにおける前記二つの金属層は柔軟性が低いので、該電熱アクチュエータの熱応答速度が遅い。
【０００６】
従って、本発明は、前記課題を解決するために、熱応答速度が速い電歪構造体及び電歪アクチュエータ提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電歪構造体は、柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体の一つの表面に設置されたカーボンナノチューブ膜状構造体を含む。前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれる。前記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の一つの表面から、該柔軟性の高分子構造体に埋め込まれている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有する。前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成されている。
【０００８】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の熱膨張係数が、前記柔軟性の高分子構造体の熱膨張係数と異なる。
【０００９】
また、本発明の電歪アクチュエータは、電歪構造体と、第一電極と、前記第一電極から所定の距離だけ離れた第二電極と、を含む。前記電歪構造体が、柔軟性の高分子構造体及びカーボンナノチューブ膜状構造体を含み、前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成されている。前記第一電極及び前記第二電極が、前記電歪構造体に電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電歪構造体及び該電歪構造体を利用した電歪アクチュエータには、次の優れた点がある。第一に、本発明の電歪構造体及び該電歪構造体を利用したアクチュエータは、柔軟性の高分子構造体及び該柔軟性の高分子構造体の一つの表面に設置された複数のカーボンナノチューブ膜状構造体を含む。前記カーボンナノチューブ膜状構造体は複数の隙間を有するので、前記柔軟性の高分子構造体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。このような構造は、電歪構造体及び該電歪構造体を利用した電歪アクチュエータの使用寿命を延ばすことができる。第二に、前記カーボンナノチューブ膜状構造体は分子間力で結合されたカーボンナノチューブからなる。前記カーボンナノチューブは相互に電気伝導ネットワークを形成することができるので、前記カーボンナノチューブ膜状構造体が優れた電気伝導性を有する。従って、前記電歪構造体を利用した電歪アクチュエータは速い熱応答速度を有する。第三に、前記カーボンナノチューブ膜状構造体及び前記柔軟性の高分子構造体が異なる熱膨張係数を有し、前記電歪構造体が非対称構造を有するので、前記電歪構造体及び該電歪構造体を利用した電歪アクチュエータが加熱される場合に、該電歪構造体及び電歪アクチュエータは、所定の方向に沿って湾曲することができる。従って、前記電歪構造体及び該電歪構造体を利用した電歪アクチュエータは、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】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る電歪構造体の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電歪構造体の図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図３】図１中のカーボンナノチューブ膜状構造体を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る電歪構造体におけるドローン構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図５】図４中の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６】本発明の実施例１に係る電歪構造体における綿毛構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図７】本発明の実施例１に係る電歪構造体におけるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の実施例２に係る電歪構造体におけるカーボンナノチューブ膜状構造体の構造を示す図である。
【図９】本発明の実施例３に係る電歪構造体の構造を示す図である。
【図１０】本発明の実施例４に係る電歪アクチュエータの構造を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５に係る電歪アクチュエータの構造を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本実施例において、電歪構造体１０を提供する。該電歪構造体１０は、柔軟性の高分子構造体１４及びカーボンナノチューブ膜状構造体１２を含む。前記電歪構造体１０及びカーボンナノチューブ膜状構造体１２はシート状である。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の熱膨張係数は、前記柔軟性の高分子構造体の熱膨張係数と異なる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の熱膨張係数は、前記柔軟性の高分子構造体１４の熱膨張係数より小さいことが好ましい。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、前記柔軟性の高分子構造体１４の一つの表面に設置されている。該カーボンナノチューブ膜状構造体１２の少なくとも一部は、前記該柔軟性の高分子構造体１４の中に浸透されている。前記電歪構造体１０の厚さは２０μｍ〜５ｍｍである。
【００１４】
前記柔軟性の高分子構造体１４は、厚さが２０μｍ〜４ｍｍのシートである。前記柔軟性の高分子構造体１４の形状は限定されない。本実施例において、その形状は長方形である。前記柔軟性の高分子構造体１４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１４はシリコーンゴムからなる。該柔軟性の高分子構造体１４の形状は長方体であり、その厚さが０．７ｍｍ、その長さが６０ｍｍ、その幅が３０ｍｍである。
【００１５】
本実施例において、少なくとも一部の前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２が、前記柔軟性の高分子構造体１４の一つの表面から、前記柔軟性の高分子構造体１４の中に埋め込まれている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２が複数の微孔を含むので、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の微孔から前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２に浸透することができる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２と前記柔軟性の高分子構造体１４との結合方法は、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が完全に固化しない形態で、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２を前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置する第一ステップと、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の微孔から前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２に浸透した後、前記柔軟性の高分子構造体１４を固化させる第二ステップと、を含む。前記の結合方法により、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２と前記柔軟性の高分子構造体１４とを緊密に結合させることができる。また、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は完全に前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置されることもできる。
【００１６】
前記柔軟性の高分子構造体１４と緊密に結合した前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、前記柔軟性の高分子構造体１４と基本的に平行し、前記柔軟性の高分子構造体１４の厚さ方向の主平面からはずらされている。図１及び図２を参照すると、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１２の一つ表面と前記柔軟性の高分子構造体１４の一つ表面は、同じ平面に設置されている。更に、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２と前記柔軟性の高分子構造体１４の厚さ比が１：２００〜１：５である。本実施例において、その厚さ比が１：２５〜１：２０である。
【００１７】
図３を参照すると、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１２が前記柔軟性の高分子構造体１４の一つ表面に設置され、Ｕ形の外部輪郭を有する。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は第一部１２４、第二部１２６及び接続部１２５を含む。前記第一部１２４と前記第二部１２６が相互に所定の距離を置いて設置される。前記接続部１２５は前記第一部１２４の一端部及び前記第二部１２６の一端部を接続して、前記接続部１２５、前記第一部１２４及び前記第二部１２６がＵ形の構造を形成する。前記第一部１２４及び前記第二部１２６がそれぞれ一つの電極と接続される。前記接続部１２５によって、前記第一部１２４から前記第二部１２６への少なくとも一つの伝導パスが形成される。
【００１８】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、複数のカーボンナノチューブ１２２からなる自立構造を有するものである。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブ膜状構造体１２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。即ち、カーボンナノチューブ膜状構造体１２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１２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１２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１２には、前記複数のカーボンナノチューブ１２２が均一に分散されている。前記複数のカーボンナノチューブ１２２は分子間力で接続されて、膜状の構造体に形成されている。
【００１９】
本発明のカーボンナノチューブ膜状構造体１２としては、以下の（一）〜（三）のものが挙げられる。
【００２０】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、図４に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。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（特許文献１と特許文献２を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長軸方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは自立構造を有するものである。図４及び図５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、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長軸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の長さが同じである。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。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
【００２１】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体は、二枚以上の複数の積層された前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記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、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記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０°を超える角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
【００２２】
（二）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、図６に示す、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。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ膜状構造体１２は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００２３】
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム（図７を参照）を含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記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は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００２４】
単一の前記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配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、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を含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００２５】
前記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傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記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と該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記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該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。前記プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍ（特許文献３を参照）である。
【００２６】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、前記一つのドローン構造カーボンナノチューブフィルム、綿毛構造カーボンナノチューブフィルム、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム又はそれらの混合物のいずれか一種からなることができる。所定の形状により、一つの前記カーボンナノチューブフィルム又は積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを切断することにより、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の第一部１２４、前記接続部１２５及び前記第二部１２６を形成する。
【００２７】
図１、図２及び図３を参照すると、本実施列において、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、前記複数の積層されたドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む。各々の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブ１２２が同じ方向に沿って配列されている。それぞれ前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の第一部１２４、前記第二部１２６は長い帯状であり、それらの長手方向が前記複数のカーボンナノチューブ１２２の配列された方向と平行する。
【００２８】
前記第一部１２４及び前記第二部１２６を介して前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２に電圧を印加する場合、電流が該カーボンナノチューブ膜状構造体１２に流れる。前記カーボンナノチューブ１２２により、電気エネルギーを熱エネルギーに変換させる。それにより、前記柔軟性の高分子構造体１４を加熱させて、膨張させることができる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の熱膨張係数は、前記柔軟性の高分子構造体１４の熱膨張係数より小さいので、前記電歪複合構造体１０は、熱膨張係数の小さい前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の側へ湾曲する。
【００２９】
前記電歪複合構造体１０に電圧を印加しない場合、該電歪複合構造体１０の元の長さが３４ｍｍ、その厚さが０．７ｍｍ、その幅が５ｍｍである。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の厚さが２０ｍｍである。前記第一部１２４及び前記第二部１２６が設置された前記電歪複合構造体１０の第一側面１３０を固定する。前記接続部１２５と接続した前記電歪複合構造体１０の第二側面１３２は、前記電歪複合構造体１０の厚さ方向に沿って自由に移動することができる。前記電歪複合構造体１０に４０ボルトの電圧を２分間印加した後、前記電歪複合構造体１０の前記第二側面１３２は、前記電歪複合構造体１０の厚さ方向に向けて１６ｍｍ移動する。
【００３０】
前記接続部１２５の導電性を高めるために、前記電歪複合構造体１０の前記第二側面１３２に導電強化層１２８を設置する。前記導電強化層１２８は前記接続部１２５の少なくとも一部を被覆する。前記導電強化層１２８は、例えば、金、プラチナ、パラジウム、銀、銅及び鉄などの良い導電性を有する金属からなることができる。前記導電強化層１２８は導電接着剤さあり、例えば、銀グルーである。
【００３１】
（実施例２）
図８を参照すると、本実施例は実施例１と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪構造体におけるカーボンナノチューブ膜状構造体７０は、複数の第一部１２４及び複数の第二部１２６を有する。前記複数の第一部１２４と前記複数の第二部１２６とは、所定の距離を置いて間隔をあけて接続部１２５の同じ側に設置される。前記複数の第一部１２４及び前記複数の第二部１２６は前記接続部１２５から同じ方向に沿って延伸している。且つそれらの配列方向が前記接続部１２５と垂直である。前記複数の第一部１２４は正極と電気的に接続され、前記複数の第二部１２６は負極と電気的に接続される。
【００３２】
（実施例３）
図９を参照すると、本実施例は実施例１と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪構造体３０はカーボンナノチューブ膜状構造体３２を含む。前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２において、接続部１２５における複数のカーボンナノチューブ１２２は第一部１２４から第二部１２６への第一方向に沿って配列されている。前記第一部１２４及び第二部１２６における複数のカーボンナノチューブ１２２は第二方向に沿って配列されている。前記第二方向が前記第一方向と平行しない。図９に示すように、本実施例において、前記第二方向は前記第一方向と垂直である。前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２において、複数のカーボンナノチューブ１２２は、分子間力で端と端が接続されて、接続部１２５を介して前記第一部１２４から前記第二部１２６までの方向に沿って連続的に延伸している。
【００３３】
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３２と前記柔軟性の高分子構造体１４との結合方法は、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が完全に固化しない形態で、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２を前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置する第一ステップと、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２の微孔から前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２に浸透した後、前記柔軟性の高分子構造体１４を固化させる第二ステップと、を含む。
【００３４】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２は、一つの前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム又は積層された複数の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる場合、前記第一ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２の一部を前記柔軟性の高分子構造体１４の一つ表面に設置して、前記第一部１２４を形成する第一サブステップと、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２の他の部分を曲げて、その一部を前記柔軟性の高分子構造体１４の前記表面に設置して、前記接続部１２５を形成する第二サブステップと、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２における残りの部（前記柔軟性の高分子構造体１４の前記表面に設置していない部分）を曲げて、前記柔軟性の高分子構造体１４の前記表面に設置して、前記第二部１２６を形成する第三サブステップと、を含む。前記第一部１２４と前記接続部１２５とが成す角度、前記接続部１２５と前記第二部１２６とが成す角度は、別々に０°〜９０°（０°を含まず）であり、９０°であることが好ましい。勿論、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２を数回湾曲させた後、前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置することができる。また、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２の湾曲回数は、前記の例に制限されない。
【００３５】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２は複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる場合、前記第一ステップにおいて、前記複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを直接前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置する。
【００３６】
（実施例４）
図１０を参照すると、本実施例は、実施例１の電歪構造体１０を利用した電歪アクチュエータ２０を提供する。該電歪アクチュエータ２０は、電歪構造体１０と、第一電極２２と、第二電極２４と、を含む。前記第一電極２２が前記第一部１２４と電気的に接続され、前記第二電極２４は前記第二部１２６と電気的に接続される。本実施例において、前記第一電極２２及び第二電極２４は、銅シートである
【００３７】
前記第一電極２２及び第二電極２４によって、前記電歪アクチュエータ２０に電圧を印加する場合、電流が該カーボンナノチューブ膜状構造体１２に流れる。前記カーボンナノチューブ１２２により、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、前記柔軟性の高分子構造体１４を加熱すると、前記柔軟性の高分子構造体１４は膨張できる。前記柔軟性の高分子構造体１４の熱膨張係数は、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の熱膨張係数より大きいので、前記電歪構造体１０は、熱膨張係数が小さい前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の側へ湾曲する。
【００３８】
（実施例５）
図１１を参照すると、本実施例は実施例４と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪アクチュエータ６０は断熱部８０を備える。前記断熱部８０は、電歪構造体１０の第一電極２２および第二電極２４に接触した第一側面１３０に設置されている。接続部１２５と接続された前記電歪複合構造体１０の第二側面１３２は、前記電歪複合構造体１０の厚さ方向に沿って自由に移動することができる。前記電歪複合構造体１０に電圧を印加した後、前記電歪複合構造体１０の第二側面１３２は、前記電歪複合構造体１０の厚さ方向に沿って移動又は矢印Ａ方向に沿って回転することができる。
【００３９】
本実施例において、前記断熱部８０はクランプで、前記電歪複合構造体１０の第一側面１３０をクランプする。前記断熱部８０と前記柔軟性の高分子構造体１４が一体として形成され、堅く固定されることができる。図１１を参照すると、該断熱部８０がスライドウェイ６２に矢印Ｂ方向に沿って自由に滑動することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 電歪構造体
１２ カーボンナノチューブ膜状構造体
１２２ カーボンナノチューブ
１２４ 第一部
１２５ 接続部
１２６ 第二部
１２８ 導電強化層
１３０ 第一側面
１３２ 第二側面
１４ 柔軟性の高分子構造体
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
２０ 電歪アクチュエータ
２２ 第一電極
２４ 第二電極
３０ 電歪構造体
６２ スライドウェイ
７０ カーボンナノチューブ膜状構造体
８０ 断熱部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電歪構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）及びアクチュエータに関し、特にカーボンナノチューブを利用した電歪構造体及び電歪アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電歪アクチュエータは、入力エネルギーを出力機械的エネルギーに変換するデバイスである。例えば、電歪アクチュエータは、静電アクチュエータ、電磁気アクチュエータ及び電熱アクチュエータの３種類に分類することができる。
【０００３】
典型的な電熱アクチュエータは、熱膨張係数が異なる二つの金属層を含む二重層構造体である。前記電熱アクチュエータに電流を提供する場合に、前記二つの金属層の熱膨張係数が異なるので、該電熱アクチュエータは、湾曲することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７０４５１０８号明細書
【特許文献２】国際公開第２００７／０１５７１０号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０２９９０３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記電熱アクチュエータにおける前記二つの金属層は柔軟性が低いので、該電熱アクチュエータの熱応答速度が遅い。
【０００６】
従って、本発明は、前記課題を解決するために、熱応答速度が速い電歪構造体及び電歪アクチュエータ提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電歪構造体は、柔軟性の高分子構造体及び、該柔軟性の高分子構造体の一つの表面に設置されたカーボンナノチューブ膜状構造体を含む。前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれる。前記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の一つの表面から、該柔軟性の高分子構造体に埋め込まれている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有する。前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成されている。
【０００８】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の熱膨張係数が、前記柔軟性の高分子構造体の熱膨張係数と異なる。
【０００９】
また、本発明の電歪アクチュエータは、電歪構造体と、第一電極と、前記第一電極から所定の距離だけ離れた第二電極と、を含む。前記電歪構造体が、柔軟性の高分子構造体及びカーボンナノチューブ膜状構造体を含み、前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成されている。前記第一電極及び前記第二電極が、前記電歪構造体に電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電歪構造体及び該電歪構造体を利用した電歪アクチュエータには、次の優れた点がある。第一に、本発明の電歪構造体及び該電歪構造体を利用したアクチュエータは、柔軟性の高分子構造体及び該柔軟性の高分子構造体の一つの表面に設置された複数のカーボンナノチューブ膜状構造体を含む。前記カーボンナノチューブ膜状構造体は複数の隙間を有するので、前記柔軟性の高分子構造体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。このような構造は、電歪構造体及び該電歪構造体を利用した電歪アクチュエータの使用寿命を延ばすことができる。第二に、前記カーボンナノチューブ膜状構造体は分子間力で結合されたカーボンナノチューブからなる。前記カーボンナノチューブは相互に電気伝導ネットワークを形成することができるので、前記カーボンナノチューブ膜状構造体が優れた電気伝導性を有する。従って、前記電歪構造体を利用した電歪アクチュエータは速い熱応答速度を有する。第三に、前記カーボンナノチューブ膜状構造体及び前記柔軟性の高分子構造体が異なる熱膨張係数を有し、前記電歪構造体が非対称構造を有するので、前記電歪構造体及び該電歪構造体を利用した電歪アクチュエータが加熱される場合に、該電歪構造体及び電歪アクチュエータは、所定の方向に沿って湾曲することができる。従って、前記電歪構造体及び該電歪構造体を利用した電歪アクチュエータは、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】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る電歪構造体の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電歪構造体の図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図３】図１中のカーボンナノチューブ膜状構造体を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る電歪構造体におけるドローン構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図５】図４中の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６】本発明の実施例１に係る電歪構造体における綿毛構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図７】本発明の実施例１に係る電歪構造体におけるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の実施例２に係る電歪構造体におけるカーボンナノチューブ膜状構造体の構造を示す図である。
【図９】本発明の実施例３に係る電歪構造体の構造を示す図である。
【図１０】本発明の実施例４に係る電歪アクチュエータの構造を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５に係る電歪アクチュエータの構造を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本実施例において、電歪構造体１０を提供する。該電歪構造体１０は、柔軟性の高分子構造体１４及びカーボンナノチューブ膜状構造体１２を含む。前記電歪構造体１０及びカーボンナノチューブ膜状構造体１２はシート状である。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の熱膨張係数は、前記柔軟性の高分子構造体の熱膨張係数と異なる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の熱膨張係数は、前記柔軟性の高分子構造体１４の熱膨張係数より小さいことが好ましい。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、前記柔軟性の高分子構造体１４の一つの表面に設置されている。該カーボンナノチューブ膜状構造体１２の少なくとも一部は、前記該柔軟性の高分子構造体１４の中に浸透されている。前記電歪構造体１０の厚さは２０μｍ〜５ｍｍである。
【００１４】
前記柔軟性の高分子構造体１４は、厚さが２０μｍ〜４ｍｍのシートである。前記柔軟性の高分子構造体１４の形状は限定されない。本実施例において、その形状は長方形である。前記柔軟性の高分子構造体１４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１４はシリコーンゴムからなる。該柔軟性の高分子構造体１４の形状は長方体であり、その厚さが０．７ｍｍ、その長さが６０ｍｍ、その幅が３０ｍｍである。
【００１５】
本実施例において、少なくとも一部の前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２が、前記柔軟性の高分子構造体１４の一つの表面から、前記柔軟性の高分子構造体１４の中に埋め込まれている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２が複数の微孔を含むので、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の微孔から前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２に浸透することができる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２と前記柔軟性の高分子構造体１４との結合方法は、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が完全に固化しない形態で、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２を前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置する第一ステップと、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の微孔から前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２に浸透した後、前記柔軟性の高分子構造体１４を固化させる第二ステップと、を含む。前記の結合方法により、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２と前記柔軟性の高分子構造体１４とを緊密に結合させることができる。また、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は完全に前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置されることもできる。
【００１６】
前記柔軟性の高分子構造体１４と緊密に結合した前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、前記柔軟性の高分子構造体１４と基本的に平行し、前記柔軟性の高分子構造体１４の厚さ方向の主平面からはずらされている。図１及び図２を参照すると、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１２の一つ表面と前記柔軟性の高分子構造体１４の一つ表面は、同じ平面に設置されている。更に、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２と前記柔軟性の高分子構造体１４の厚さ比が１：２００〜１：５である。本実施例において、その厚さ比が１：２５〜１：２０である。
【００１７】
図３を参照すると、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１２が前記柔軟性の高分子構造体１４の一つ表面に設置され、Ｕ形の外部輪郭を有する。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は第一部１２４、第二部１２６及び接続部１２５を含む。前記第一部１２４と前記第二部１２６が相互に所定の距離を置いて設置される。前記接続部１２５は前記第一部１２４の一端部及び前記第二部１２６の一端部を接続して、前記接続部１２５、前記第一部１２４及び前記第二部１２６がＵ形の構造を形成する。前記第一部１２４及び前記第二部１２６がそれぞれ一つの電極と接続される。前記接続部１２５によって、前記第一部１２４から前記第二部１２６への少なくとも一つの伝導パスが形成される。
【００１８】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、複数のカーボンナノチューブ１２２からなる自立構造を有するものである。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブ膜状構造体１２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。即ち、カーボンナノチューブ膜状構造体１２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１２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１２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１２には、前記複数のカーボンナノチューブ１２２が均一に分散されている。前記複数のカーボンナノチューブ１２２は分子間力で接続されて、膜状の構造体に形成されている。
【００１９】
本発明のカーボンナノチューブ膜状構造体１２としては、以下の（一）〜（三）のものが挙げられる。
【００２０】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、図４に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。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（特許文献１と特許文献２を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長軸方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは自立構造を有するものである。図４及び図５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、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長軸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の長さが同じである。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。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
【００２１】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体は、二枚以上の複数の積層された前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記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、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記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０°を超える角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
【００２２】
（二）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、図６に示す、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。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ膜状構造体１２は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００２３】
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム（図７を参照）を含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記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は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００２４】
単一の前記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配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、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を含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００２５】
前記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傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記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と該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記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該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。前記プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍ（特許文献３を参照）である。
【００２６】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、前記一つのドローン構造カーボンナノチューブフィルム、綿毛構造カーボンナノチューブフィルム、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム又はそれらの混合物のいずれか一種からなることができる。所定の形状により、一つの前記カーボンナノチューブフィルム又は積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを切断することにより、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の第一部１２４、前記接続部１２５及び前記第二部１２６を形成する。
【００２７】
図１、図２及び図３を参照すると、本実施列において、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２は、前記複数の積層されたドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む。各々の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブ１２２が同じ方向に沿って配列されている。それぞれ前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の第一部１２４、前記第二部１２６は長い帯状であり、それらの長手方向が前記複数のカーボンナノチューブ１２２の配列された方向と平行する。
【００２８】
前記第一部１２４及び前記第二部１２６を介して前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２に電圧を印加する場合、電流が該カーボンナノチューブ膜状構造体１２に流れる。前記カーボンナノチューブ１２２により、電気エネルギーを熱エネルギーに変換させる。それにより、前記柔軟性の高分子構造体１４を加熱させて、膨張させることができる。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の熱膨張係数は、前記柔軟性の高分子構造体１４の熱膨張係数より小さいので、前記電歪複合構造体１０は、熱膨張係数の小さい前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の側へ湾曲する。
【００２９】
前記電歪複合構造体１０に電圧を印加しない場合、該電歪複合構造体１０の元の長さが３４ｍｍ、その厚さが０．７ｍｍ、その幅が５ｍｍである。前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の厚さが２０ｍｍである。前記第一部１２４及び前記第二部１２６が設置された前記電歪複合構造体１０の第一側面１３０を固定する。前記接続部１２５と接続した前記電歪複合構造体１０の第二側面１３２は、前記電歪複合構造体１０の厚さ方向に沿って自由に移動することができる。前記電歪複合構造体１０に４０ボルトの電圧を２分間印加した後、前記電歪複合構造体１０の前記第二側面１３２は、前記電歪複合構造体１０の厚さ方向に向けて１６ｍｍ移動する。
【００３０】
前記接続部１２５の導電性を高めるために、前記電歪複合構造体１０の前記第二側面１３２に導電強化層１２８を設置する。前記導電強化層１２８は前記接続部１２５の少なくとも一部を被覆する。前記導電強化層１２８は、例えば、金、プラチナ、パラジウム、銀、銅及び鉄などの良い導電性を有する金属からなることができる。前記導電強化層１２８は導電接着剤さあり、例えば、銀グルーである。
【００３１】
（実施例２）
図８を参照すると、本実施例は実施例１と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪構造体におけるカーボンナノチューブ膜状構造体７０は、複数の第一部１２４及び複数の第二部１２６を有する。前記複数の第一部１２４と前記複数の第二部１２６とは、所定の距離を置いて間隔をあけて接続部１２５の同じ側に設置される。前記複数の第一部１２４及び前記複数の第二部１２６は前記接続部１２５から同じ方向に沿って延伸している。且つそれらの配列方向が前記接続部１２５と垂直である。前記複数の第一部１２４は正極と電気的に接続され、前記複数の第二部１２６は負極と電気的に接続される。
【００３２】
（実施例３）
図９を参照すると、本実施例は実施例１と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪構造体３０はカーボンナノチューブ膜状構造体３２を含む。前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２において、接続部１２５における複数のカーボンナノチューブ１２２は第一部１２４から第二部１２６への第一方向に沿って配列されている。前記第一部１２４及び第二部１２６における複数のカーボンナノチューブ１２２は第二方向に沿って配列されている。前記第二方向が前記第一方向と平行しない。図９に示すように、本実施例において、前記第二方向は前記第一方向と垂直である。前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２において、複数のカーボンナノチューブ１２２は、分子間力で端と端が接続されて、接続部１２５を介して前記第一部１２４から前記第二部１２６までの方向に沿って連続的に延伸している。
【００３３】
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３２と前記柔軟性の高分子構造体１４との結合方法は、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が完全に固化しない形態で、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２を前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置する第一ステップと、前記柔軟性の高分子構造体１４における高分子材料が、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２の微孔から前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２に浸透した後、前記柔軟性の高分子構造体１４を固化させる第二ステップと、を含む。
【００３４】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２は、一つの前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム又は積層された複数の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる場合、前記第一ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２の一部を前記柔軟性の高分子構造体１４の一つ表面に設置して、前記第一部１２４を形成する第一サブステップと、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２の他の部分を曲げて、その一部を前記柔軟性の高分子構造体１４の前記表面に設置して、前記接続部１２５を形成する第二サブステップと、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２における残りの部（前記柔軟性の高分子構造体１４の前記表面に設置していない部分）を曲げて、前記柔軟性の高分子構造体１４の前記表面に設置して、前記第二部１２６を形成する第三サブステップと、を含む。前記第一部１２４と前記接続部１２５とが成す角度、前記接続部１２５と前記第二部１２６とが成す角度は、別々に０°〜９０°（０°を含まず）であり、９０°であることが好ましい。勿論、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２を数回湾曲させた後、前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置することができる。また、前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２の湾曲回数は、前記の例に制限されない。
【００３５】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体３２は複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる場合、前記第一ステップにおいて、前記複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを直接前記柔軟性の高分子構造体１４の表面に設置する。
【００３６】
（実施例４）
図１０を参照すると、本実施例は、実施例１の電歪構造体１０を利用した電歪アクチュエータ２０を提供する。該電歪アクチュエータ２０は、電歪構造体１０と、第一電極２２と、第二電極２４と、を含む。前記第一電極２２が前記第一部１２４と電気的に接続され、前記第二電極２４は前記第二部１２６と電気的に接続される。本実施例において、前記第一電極２２及び第二電極２４は、銅シートである
【００３７】
前記第一電極２２及び第二電極２４によって、前記電歪アクチュエータ２０に電圧を印加する場合、電流が該カーボンナノチューブ膜状構造体１２に流れる。前記カーボンナノチューブ１２２により、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、前記柔軟性の高分子構造体１４を加熱すると、前記柔軟性の高分子構造体１４は膨張できる。前記柔軟性の高分子構造体１４の熱膨張係数は、前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の熱膨張係数より大きいので、前記電歪構造体１０は、熱膨張係数が小さい前記カーボンナノチューブ膜状構造体１２の側へ湾曲する。
【００３８】
（実施例５）
図１１を参照すると、本実施例は実施例４と比べて、次の異なる点がある。本実施例の電歪アクチュエータ６０は断熱部８０を備える。前記断熱部８０は、電歪構造体１０の第一電極２２および第二電極２４に接触した第一側面１３０に設置されている。接続部１２５と接続された前記電歪複合構造体１０の第二側面１３２は、前記電歪複合構造体１０の厚さ方向に沿って自由に移動することができる。前記電歪複合構造体１０に電圧を印加した後、前記電歪複合構造体１０の第二側面１３２は、前記電歪複合構造体１０の厚さ方向に沿って移動又は矢印Ａ方向に沿って回転することができる。
【００３９】
本実施例において、前記断熱部８０はクランプで、前記電歪複合構造体１０の第一側面１３０をクランプする。前記断熱部８０と前記柔軟性の高分子構造体１４が一体として形成され、堅く固定されることができる。図１１を参照すると、該断熱部８０がスライドウェイ６２に矢印Ｂ方向に沿って自由に滑動することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 電歪構造体
１２ カーボンナノチューブ膜状構造体
１２２ カーボンナノチューブ
１２４ 第一部
１２５ 接続部
１２６ 第二部
１２８ 導電強化層
１３０ 第一側面
１３２ 第二側面
１４ 柔軟性の高分子構造体
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
２０ 電歪アクチュエータ
２２ 第一電極
２４ 第二電極
３０ 電歪構造体
６２ スライドウェイ
７０ カーボンナノチューブ膜状構造体
８０ 断熱部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性の高分子構造体及びカーボンナノチューブ膜状構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれ、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、
前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成されていることを特徴とする電歪構造体。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の熱膨張係数が、前記柔軟性の高分子構造体の熱膨張係数と異なることを特徴とする、請求項１に記載の電歪構造体。
【請求項３】
電歪構造体と、第一電極と、前記第一電極から所定の距離だけ離れた第二電極と、を含む電歪アクチュエータにおいて、
前記電歪構造体が、柔軟性の高分子構造体及びカーボンナノチューブ膜状構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれ、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、
前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成され、
前記第一電極及び前記第二電極が、前記電歪構造体に電気的に接続されていることを特徴とする電歪アクチュエータ。
【請求項１】
柔軟性の高分子構造体及びカーボンナノチューブ膜状構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれ、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、
前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成されていることを特徴とする電歪構造体。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の熱膨張係数が、前記柔軟性の高分子構造体の熱膨張係数と異なることを特徴とする、請求項１に記載の電歪構造体。
【請求項３】
電歪構造体と、第一電極と、前記第一電極から所定の距離だけ離れた第二電極と、を含む電歪アクチュエータにおいて、
前記電歪構造体が、柔軟性の高分子構造体及びカーボンナノチューブ膜状構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体の少なくとも一部が、前記柔軟性の高分子構造体の中に埋め込まれ、
前記カーボンナノチューブ膜状構造体が、分子間力で相互に結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有し、
前記柔軟性の高分子構造体における前記カーボンナノチューブ膜状構造体が曲線状に形成され、
前記第一電極及び前記第二電極が、前記電歪構造体に電気的に接続されていることを特徴とする電歪アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図４】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図４】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１１８８８（Ｐ２０１１−２１１８８８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３１９０（Ｐ２０１０−２９３１９０）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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