反應性離子液體和使用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(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及反應性離子液體和使用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(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在轉(zhuǎn)換器當中，有進行機械能與電能的轉(zhuǎn)換的致動器（actuator)、傳感器、發(fā)電元 件等；或者進行聲能與電能的轉(zhuǎn)換的揚聲器、麥克風等。為了構(gòu)成柔軟性高、小型且輕量的 轉(zhuǎn)換器，介電彈性體等高分子材料是有用的。
[0003] 例如，在由介電彈性體制成的介電膜的厚度方向兩面配置一對電極，可以構(gòu)成致 動器。對于這種致動器，增大向電極間施加的電壓時，電極間的靜電引力變大。因此，夾在 電極間的介電膜自厚度方向被壓縮，介電膜的厚度變薄。膜厚變薄時，介電膜沿平行于電極 面的方向伸長相應的量。另一方面，減少向電極間施加的電壓時，電極間的靜電引力變小。 因此，自厚度方向作用于介電膜的壓縮力變小，膜厚因介電膜的彈性恢復力而變厚。膜厚變 厚時，介電膜沿平行于電極面的方向收縮相應的量。如此，致動器通過使介電膜伸長、收縮 而使得驅(qū)動對象構(gòu)件驅(qū)動。
[0004] 從增大自致動器輸出的力和位移量的觀點出發(fā)，理想的是，介電膜具有以下的特 性。即，相對介電常數(shù)大至在施加電壓時能夠向介電膜的內(nèi)部蓄積大量的電荷；耐絕緣擊穿 性優(yōu)異至能夠耐受高電場；柔軟性高至能夠進行重復伸縮等。因此，作為介電膜的材料，大 多使用耐絕緣擊穿性優(yōu)異的硅橡膠、相對介電常數(shù)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(xiàn)有技術(shù)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(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明耍解決的問題
[0011] 此處，硅橡膠以硅氧烷鍵作為骨架。因而電阻大。因此，對于由硅橡膠制成的介電 膜，即使施加大的電壓也不易發(fā)生絕緣擊穿。然而，硅橡膠的極性小。也就是說相對介電常 數(shù)小。因此，使用由硅橡膠制成的介電膜來構(gòu)成致動器時，相對于施加電壓的靜電引力小。 因此，無法利用實用的電壓來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(shù)比硅橡膠的相對介電常數(shù)大。 因此，在介電膜的材料中使用丙烯酸類橡膠等時，相對于施加電壓的靜電引力與使用硅橡 膠時相比變大。然而，丙烯酸類橡膠等的電阻比硅橡膠小。因此，介電膜容易發(fā)生絕緣擊 穿。此外，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，盡管相對介電常數(shù)大，但靜電引力變小，無法獲得充分的力和位移 量。進而，電流在介電膜中流通時，存在介電膜因所產(chǎn)生的焦耳熱而被破壞的擔心。
[0013] 由上可見，通過一種材料來實現(xiàn)滿足產(chǎn)生力和耐絕緣擊穿性的介電膜是困難的。 因此，正在研宄利用多種材料來實現(xiàn)滿足產(chǎn)生力和耐絕緣擊穿性的介電膜。
[0014] 例如，在專利文獻3中，作為介電膜的結(jié)構(gòu)，提出了將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的結(jié)構(gòu)。
[0015] 然而，在專利文獻3所記載的技術(shù)中，含離子層的離子容易向高電阻層移動，因 此，存在發(fā)生高電阻層的絕緣擊穿的擔心。因此，在這樣的技術(shù)方案中，謀求能使含離子層 的離子不會向高電阻層移動的方法。
[0016] 本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，本發(fā)明所要解決的問題在于，提供作為離子成 分的反應性離子液體，其被包含在與作為轉(zhuǎn)換器的介電層的高電阻層相接觸地形成的含離 子層中、且在施加電壓時向高電阻層的移動受到抑制。此外，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(zhuǎn)換器。
[0017] 用于解決問題的方案
[0018] 為了解決上述問題，本發(fā)明的反應性離子液體的主旨在于，其包含以下的陰離子 成分與陽離子成分的離子對。
[0019] (a)陽咼子成分：
[0020] (al)為咪唑鑰陽離子或者季銨陽離子，
[0021] (a2)具有烷氧基甲硅烷基或者膦酸酯基作為反應性基團；
[0022] (b)陰離子成分：
[0023] (bl)為磺酸根陰離子、磺酰亞胺陰離子或者硝基苯甲酸根陰離子。
[0024] 此處，作為陽離子成分，可示出包含下述通式（1)~（3)中的任意者所記載的結(jié)構(gòu) 的物質(zhì)作為適合的成分。
【主權(quán)項】
1. 一種反應性離子液體，其特征在于，其包含以下的陰離子成分與陽離子成分的離子 對， (a) 陽尚子成分： (al)為咪唑鑰陽離子或者季銨陽離子， (a2)具有烷氧基甲硅烷基或者膦酸酯基作為反應性基團； (b) 陰離子成分： (bl)為磺酸根陰離子、磺酰亞胺陰離子或者硝基苯甲酸根陰離子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應性離子液體，其特征在于，所述陽離子成分包含下述通 式（1)~（3)中的任意者所記載的結(jié)構(gòu)，
式（1)~（3)中，R1-R11表示直鏈狀或者支鏈狀的烷基；1^~R η的烷基中任選包含 雜原子，多個&的一部分或者全部任選為與其他烷基不同的烷基。
3. -種離子固定化金屬氧化物顆粒，其特征在于，介由權(quán)利要求1或2所述的反應性離 子液體的陽離子成分所具有的反應性基團與金屬氧化物顆粒中所含的羥基反應而形成的 Si-O鍵或者P-O鍵，將離子液體的陽離子成分固定于金屬氧化物顆粒。
4. 一種離子固定化彈性體，其特征在于，介由權(quán)利要求3所述的離子固定化金屬氧化 物顆粒所具有的羥基與具有能和羥基反應的官能團的彈性體的官能團反應而形成的鍵，將 離子固定化金屬氧化物顆粒固定于彈性體。
5. -種轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其具備：包含彈性體且體積電阻率為10 13Ω ·_以上的高 電阻介電層、以及配置在該高電阻介電層的正反兩側(cè)的一對電極， 所述高電阻介電層與正電極之間夾設有由權(quán)利要求4所述的離子固定化彈性體形成 的離子固定化層。
【專利摘要】本發(fā)明提供呈以下離子成分形式的反應性離子液體，其被包含在與作為轉(zhuǎn)換器的介電層的高電阻層相接觸地形成的含離子層中、且在施加電壓時向高電阻層的移動受到抑制。制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)陽離子成分：(a1)為咪唑鎓陽離子或者季銨陽離子；(a2)具有烷氧基甲硅烷基或者膦酸酯基作為反應性基團。(b)陰離子成分：(b1)為磺酸根陰離子、磺酰亞胺陰離子或者硝基苯甲酸根陰離子。
【IPC分類】C08K9-04, C07F9-6506, C08L21-00, C07F7-18
【公開號】CN104854115
【申請?zhí)枴緾N201480003518
【發(fā)明人】高松成亮, 小久保陽太, 橋本和信, 吉川均, 高原淳, 松野亮介, 大塚英幸
【申請人】住友理工株式會社, 國立大學法人九州大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2014年3月19日
【公告號】EP2860183A1, EP2860183A9, US20150137666, WO2014156876A1