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1、10申请公布号CN104122641A43申请公布日20141029CN104122641A21申请号201410158464522申请日20140418201309342920130426JPG02B7/02200601G02B7/0420060171申请人索尼公司地址日本东京72发明人永井信之石田武久加藤祐作川部英雄森田真义74专利代理机构北京康信知识产权代理有限责任公司11240代理人余刚吴孟秋54发明名称聚合物器件及其制造方法、透镜模块以及成像装置57摘要本发明涉及聚合物器件及其制造方法、透镜模块以及成像装置。一种聚合物器件,包括一对电极层;高分子层,插入在一对电极层之间的;以及扩张收。
2、缩抑制层,布置在一对电极层之间,该扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,并且该扩张收缩抑制层被配置为抑制高分子层的扩张和收缩。30优先权数据51INTCL权利要求书2页说明书18页附图14页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书18页附图14页10申请公布号CN104122641ACN104122641A1/2页21一种聚合物器件,包括一对电极层;高分子层,插入在所述一对电极层之间;以及扩张收缩抑制层,布置在所述一对电极层之间,所述扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,并且所述扩张收缩抑制层被配置为抑制所述高分子层的扩张和收缩。2根据权利要求1所述的聚合物器件,其中,。
3、所述扩张收缩抑制层被布置在所述高分子层中的厚度方向上的中心附近。3根据权利要求2所述的聚合物器件,其中,从所述一对电极层的一个电极层到所述扩张收缩抑制层的间隔距离基本上等于从所述一对电极层的另一电极层到所述扩张收缩抑制层的间隔距离。4根据权利要求1所述的聚合物器件,其中,所述扩张收缩抑制层具有离子导电性。5根据权利要求4所述的聚合物器件,其中,所述扩张收缩抑制层由离子导电树脂与纤维膜或多孔膜构成。6根据权利要求1所述的聚合物器件,其中,所述扩张收缩抑制层被布置在所述高分子层的形成区域的一部分或全部中。7根据权利要求6所述的聚合物器件,其中,所述扩张收缩抑制层被布置在所述高分子层的形成区域的一部。
4、分中并且基本上等方性地布置。8根据权利要求6所述的聚合物器件,其中,所述扩张收缩抑制层具有在所述高分子层的所述形成区域中沿预定方向延伸的异方性形状。9根据权利要求1所述的聚合物器件,其中,所述扩张收缩抑制层由包括多个层的层压结构构成,以及多个类型的高扩张收缩抑制方向被设置在作为整体的所述层压结构中,所述多个类型的高扩张收缩抑制方向均具有相对大的扩张收缩抑制作用。10根据权利要求9所述的聚合物器件,其中,所述多个类型的高扩张收缩抑制方向作为整体基本上是等方性的。11根据权利要求9所述的聚合物器件,其中,所述层压结构由三个以上的层构成,以及所述层压结构中的外侧层具有与所述层压结构的中间层的高扩张收。
5、缩抑制方向不同的高扩张收缩抑制方向。12根据权利要求1所述的聚合物器件,其中,所述聚合物器件具有沿预定方向延伸的异方性形状,以及所述扩张收缩抑制层中的具有相对大的扩张收缩抑制作用的高扩张收缩抑制方向基本上与所述预定方向相同。13根据权利要求1所述的聚合物器件,其中,所述扩张收缩抑制层抑制所述高分子层中的层内方向上的扩张和收缩。14根据权利要求13所述的聚合物器件,其中,所述扩张收缩抑制层与所述高分子层相比具有较低的线性扩张系数和较高的杨氏模量。15根据权利要求1所述的聚合物器件,其中,所述聚合物器件被配置为聚合物致动器器件或聚合物传感器器件。权利要求书CN104122641A2/2页316根据。
6、权利要求15所述的聚合物器件,其中,所述聚合物致动器器件驱动透镜或成像器件。17一种透镜模块,包括透镜;以及驱动装置,使用聚合物器件配置,并且所述驱动装置被配置为驱动所述透镜,所述聚合物器件包括一对电极层;高分子层,插入在所述一对电极层之间;以及扩张收缩抑制层,布置在所述一对电极层之间,所述扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,并且所述扩张收缩抑制层被配置为抑制所述高分子层的扩张和收缩。18根据权利要求17所述的透镜模块,其中,所述扩张收缩抑制层被布置在所述高分子层中的厚度方向上的中心附近。19根据权利要求18所述的透镜模块,其中,从所述一对电极层的一个电极层到所述扩张收缩抑制层的间隔距离基本等。
7、于从所述一对电极层的另一电极层到所述扩张收缩抑制层的间隔距离。20一种成像装置,包括透镜;成像器件,被配置为获得由所述透镜所形成的图像的成像信号;以及驱动装置,使用聚合物器件配置,并且所述驱动装置被配置为驱动所述透镜或所述成像器件,所述聚合物器件包括一对电极层;高分子层,插入在所述一对电极层之间;以及扩张收缩抑制层,布置在所述一对电极层之间,所述扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,并且所述扩张收缩抑制层被配置为抑制所述高分子层的扩张和收缩。21一种制造聚合物器件的方法,所述方法包括形成一对电极层;在所述一对电极层之间设置高分子层;以及在所述一对电极层之间并且远离各电极层布置扩张收缩抑制层,所述。
8、扩张收缩抑制层被配置为抑制所述高分子层的扩张和收缩。22根据权利要求21所述的方法,其中,通过使用离子导电树脂浸渍纤维膜或多孔膜来形成所述扩张收缩抑制层。权利要求书CN104122641A1/18页4聚合物器件及其制造方法、透镜模块以及成像装置0001相关申请的交叉引用0002本申请要求于2013年4月26日提交的日本优先权专利申请JP201393429的权益,通过引用将其全部内容结合于本文中。技术领域0003本公开涉及一种聚合物器件,其中高分子层被插入在一对电极层之间、涉及一种制造该聚合物器件的方法、并且涉及使用该聚合物器件的透明模块和成像装置。背景技术0004近年来,已经显著推进了诸如移动。
9、电话、个人计算机(PC)以及个人数字助理(PDA)的移动电子器件的高功能性,并且这种移动电子器件总体上通过安装透镜模块而包括成像功能。在这种移动电子器件中,允许透镜模块中的镜头沿其光轴移动,并且从而执行聚焦操作和放大操作。0005过去,作为移动透镜模块中的镜头的方法,一般使用音圈电机、步进电机等作为驱动部的方法。相反,最近,就小型化而言,已经开发了使用预定致动器器件作为驱动部分的器件。这种致动器器件的实例可以包括聚合物致动器器件(见日本未审查专利申请公开NO201338956)。在聚合物致动器器件中,高分子层(诸如离子交换树脂膜)夹于一对电极层之间。在这种聚合物致动器器件中,由于在一对电极层之。
10、间引起了电势差,因此离子交换树脂膜被放置在与膜表面垂直的方向上。发明内容0006通常,在包括这种聚合物致动器器件的聚合物器件中,由于周围环境的变化而引起形状的变化(尺寸的变化)。此外,在这种聚合物器件中,防止其形变特性(弯曲特性)降低也是重要的(以保持形变特性(弯曲特性)。因此,期望的是提出一种聚合物器件,其中,允许抑制由于环境变化导致的形状变化,同时保形变特性。0007期望的是提供一种其中允许抑制由于环境变化导致的形状变化同时保形变特性的聚合物器件、制造该聚合物器件的方法、透镜模块以及成像装置。0008根据本公开的实施例,提供了一种聚合物器件,包括一对电极层;高分子层,插入在一对电极层之间;。
11、以及扩张收缩抑制层(EXPANSIONCONTRACTIONSUPPRESSIONLAYER),布置在一对电极层之间,该扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,并且该扩张收缩抑制层被配置为抑制高分子层的扩张和收缩。0009根据本公开的实施例,提供了一种制造聚合物器件的方法,该方法包括形成一对电极层;在一对电极层之间设置高分子层;以及在一对电极层之间并且远离各电极层布置扩张收缩抑制层,该扩张收缩抑制层被配置为抑制高分子层的扩张和收缩。0010根据本公开的实施例,提供了一种透镜模块,其包括透镜;以及驱动装置,使用聚合物器件配置,并且驱动装置被配置为驱动透镜。聚合物器件包括一对电极层;高分子说明书CN1。
12、04122641A2/18页5层,插入在一对电极层之间;以及扩张收缩抑制层,布置在一对电极层之间,该扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,并且扩张收缩抑制层被配置为抑制高分子层的扩张和收缩。0011根据本公开实施例,提供了一种成像装置,包括透镜;成像器件,被配置为获得由透镜形成的图像的成像信号;以及驱动装置,使用聚合物器件配置,并且驱动装置被配置为驱动透镜或成像器件。聚合物器件包括一对电极层;高分子层,插入在一对电极层之间;以及扩张收缩抑制层,被布置在一对电极层之间,该扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,并且扩张收缩抑制层被配置为抑制高分子层的扩张和收缩。0012在根据本公开的上述实施例的聚合物。
13、器件、制造聚合物器件的方法、透镜模块以及成像装置中,通过设置抑制高分子层的扩张和收缩的扩张收缩抑制层,抑制了由环境变化引起的聚合物器件的形状变化。此外,由于扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,因此,不太可能阻止聚合物器件的形变运动(抑制了由于存在扩张收缩抑制层而对形变运动的阻止)。0013根据本公开的上述实施例的聚合物器件、制造聚合物器件的方法、透镜模块以及成像装置,由于扩张收缩抑制层被布置为远离各电极层,在抑制高分子层的扩张和收缩的同时,允许不太可能阻止聚合物器件的形变运动。因此,在保持了形变特性的同时,允许抑制由于环境变化引起的形状变化。0014应当理解,上面的一般描述和下面的详细描述都是。
14、示例性的,并且旨在提供对所要求的本技术的进一步解释。附图说明0015包括了附图以提供对本公开的进一步理解,附图并入说明书并构成本说明书的一部分。附图示出了实施例,并且与说明书一起用于说明本技术的原理。0016图1是示出了根据本公开实施例的聚合物器件的构造实例的截面图。0017图2是示意性地示出了在图1中示出的聚合物器件的层压结构的透视图。0018图3A是用于说明聚合物器件的基本操作的示意性截面图。0019图3B是用于说明聚合物器件的基本操作的另一示意性截面图。0020图3C是用于说明聚合物器件的基本操作的又一示意性截面图。0021图4是示出了根据比较实例1的聚合物器件的构造的截面图。0022图。
15、5是示出了根据比较实例2的聚合物器件的构造的截面图。0023图6是用于说明在图1中示出的聚合物器件的功能的示意性截面图。0024图7是示出了根据实例的聚合物器件的构造实例的示意性截面图。0025图8是示出了根据比较实例1的聚合物器件的构造实例的示意性截面图。0026图9是示出了根据比较实例3的聚合物器件的构造实例的示意性截面图。0027图10是示出了根据实例以及比较实例1和比较实例3的面内尺寸变化量的特性图。0028图11是示出了根据实例以及比较实例1和比较实例3的形变量的特性图。0029图12是示意性地示出了根据变形例1的聚合物器件的构造实例的透视图。0030图13是示意性地示出了根据变形例。
16、2的聚合物器件的构造实例的透视图。0031图14A是用于说明在图13中示出的聚合物器件的功能的示意性截面图。说明书CN104122641A3/18页60032图14B是用于说明在图13中示出的聚合物器件的功能的另一示意性截面图。0033图15是示意性地示出了根据变形例3的聚合物器件的构造实例的透视图。0034图16是示意性地示出了根据变形例4的聚合物器件的构造实例的透视图。0035图17是示意性地示出了根据变形例5的聚合物器件的构造实例的透视图。0036图18是示出了作为根据应用实例1的电子设备的移动电话的构造实例的透视图。0037图19是从不同方向观看图18中示出的移动电话的透视图。0038。
17、图20是示出了图19中示出的成像装置的示意性构造实例的透视图。0039图21是示出了在图20中示出的透镜模块的构造实例的分解透视图。0040图22A是用于说明图20中示出的透镜模块的操作实例的示意图。0041图22B是用于说明图20中示出的透镜模块的操作实例的另一示意图。0042图23是示出了根据应用实例2的成像装置的示意性构造实例的侧视图。0043图24A是用于说明图23中示出的成像装置的操作实例的示意图。0044图24B是用于说明图23中示出的成像装置的操作实例的另一示意图。具体实施方式0045以下将参照附图详细描述本公开的实施例。将按以下顺序进行描述。00461实施例(使用聚合物器件作为。
18、致动器器件或传感器器件的情况的实例)00472变形例0048变形例1至变形例5(扩张收缩抑制层的其他配置实例)00493应用实例0050应用实例1(包括驱动透镜的驱动装置的成像装置的应用实例)0051应用实例2(包括驱动成像器件的驱动装置的成像装置的应用实例)00524其他变形例0053实施例0054聚合物器件1的构造0055图1示出了根据本公开实施例的聚合物器件(聚合物器件1)的截面构造实例(ZX截面构造实例)。此外,图2通过透视图和分解透视图示出了聚合物器件1中的层压结构。如后面描述的,聚合物器件1例如可以用做聚合物致动器器件、聚合物传感器器件等。0056聚合物器件1具有如下的截面结构包括。
19、被布置在高分子层10的两个表面上的一对电极层12A和12B、以及布置在高分子层10中的扩张收缩抑制层11。换句话说,聚合物器件1具有一对电极层12A和12B以及插入在电极层12A与电极层12B之间的高分子层10和扩张收缩抑制层11。应注意的是,这种聚合物器件1可以使用由具有高弹性的材料(诸如聚氨酯)制成的绝缘保护膜来覆盖。0057高分子层100058高分子层10例如可以由浸渍有离子物质的离子导电性聚合物化合物膜形成。前述术语“离子物质”是指能够通过高分子层10传导的一般离子。具体来说,前述术语“离子物质”是指包含氢离子的物质、金属离子的简单物质、或者任何前述的阳离子和/或阴离子和极性溶剂;或者。
20、诸如咪唑盐的本身在液体状态下包含阳离子和/或阴离子的物质。前面的实例可以包括通过使用阳离子和/或阴离子溶剂化极性溶剂而获得的物质。后者的实说明书CN104122641A4/18页7例可以包括离子液体。0059构成高分子层10的材料的实例可以包括具有氟树脂、烃系等作为骨架的离子交换树脂。作为离子交换树脂,在高分子层10浸渍了阳离子物质的情况下,阳离子交换树脂会是优选的,而在高分子层10浸渍了阴离子物质的情况下,阴离子交换树脂会是优选的。0060阳离子交换树脂的实例可以包括其中引入了诸如磺酸酯基和羧基的酸基的树脂。其具体实例可以包括具有酸性基团的聚乙烯、具有酸性基团的聚苯乙烯以及具有酸性基团的氟树。
21、脂。特别地,作为阳离子交换树脂,具有磺酸基或羧酸基的氟树脂会是优选的。其实例可以包括NAFION(可从DUPONTKABUSHIKIKAISHA获得)。0061作为用于浸渍高分子层10的阳离子物质,可以使用诸如有机阳离子物质和无机阳离子物质的任意类型。例如,可以适用于诸如金属离子的简单物质、包含金属离子和水的材料、包含有机阳离子和水的材料以及离子性液体的材料的各种形式。金属离子的实例可以包括诸如钠离子NA、钾离子K、锂离子LI以及镁离子MG2的轻金属离子。此外,有机阳离子的实例可以包括烷基铵离子。这种阳离子在高分子层10中作为水合物存在。因此,在高分子层10使用包含阳离子和水的阳离子物质浸渍的。
22、情况下,聚合物器件1可以优选地作为整体被密封以抑制水挥发。0062离子液体也称为常温熔融盐,并且包含具有低燃烧性和低挥发特性的阳离子和阴离子。离子液体的实例可以包括咪唑环系化合物、吡啶环系化合物以及脂肪族类化合物。0063特别地,由于离子液体具有低挥发特性,故阳离子物质优选地可以是离子液体,并且从而即使在高温环境或真空下顺利地操作聚合物器件1。电极层12A和12B0064各电极层12A和12B包含一个或多个导电材料。电极层12A和12B中的每个可以优选地通过使用离子导电性聚合物将导电性材料的粉末颗粒彼此粘结来形成,从而提高了电极层12A和12B的弹性。作为导电材料粉末,碳粉末会是优选的。其原因。
23、之一是,由于碳粉末具有高导电性和大的比表面积,从而获得较大的形变量。作为碳粉末,KETJEN炭黑会是优选的。作为离子导电性聚合物,与上述高分子层10的构成材料类似的材料会是优选的。0065电极层12A和12B例如可以以如下方式形成即,高分子层10的两个表面都涂覆有其中导电材料粉末和离子导电性聚合物被分散在分散介质中的涂层材料,然后干燥涂层材料。可替换地,可以通过将包含导电材料粉末和离子导电性聚合物的膜状材料压接到高分子层10的两面来形成电极层12A和12B。0066电极层12A和12B可以具有层压结构。在此情况下,电极层12A和12B中的每个可以优选的具有如下结构,其中从高分子层10顺序层压其。
24、中导电材料的粉末粒子通过离子导电性聚合物彼此粘结的层和金属层。因此,在电极层12A和12B的面内方向上,电位接近于更均匀的值,并且获得了更优异的形变性能。构造金属层的材料的实例可以包括诸如金和铂的贵金属。虽然金属层的厚度可以是任意的,但是金属层可以优选的是连续膜,使得电位在电极层12A和12B中变得均匀。形成金属层的方法的实例可以包括镀敷法、蒸镀法和溅射法。0067扩张收缩抑制层110068扩张收缩抑制层11是具有抑制在高分子层10的层方向上(面内方向上)的扩张和伸缩的功能(诸如将高分子层10的体积变化率抑制到小于5的值的功能)的层。扩张收缩抑制层11被定位在一对电极层12A和12B之间,并且。
25、被布置为远离各电极层12A和12B。说明书CN104122641A5/18页8具体地,在此实例中,扩张收缩抑制层11被布置在高分子层10的厚度方向上的中心附近。即,从电极层12A到扩张收缩抑制层11的间隔距离D1A和从电极层12B到扩张收缩抑制层11的间隔距离D1B基本上彼此相等(D1AD1B),或者可以期望地彼此相等(D1AD1B)。换句话说,在此实例中,聚合物器件1在厚度方向上具有对称结构(垂直对称结构)。0069此外,在此实例中,扩张收缩抑制层11被布置在高分子层10的整个形成区域中(在XY平面中)。因此,如在图2中所示,高分子层10被分成电极层12A侧上的高分子层10A和电极层12B侧。
26、上的高分子层10B。换句话说,其中高分子层10A、扩张收缩抑制层11以及高分子层10B从电极层12A顺序层压的层压结构插入在电极层12A和12B之间。值得注意的是,扩张收缩抑制层11的厚度例如可以是整个层压结构的厚度的三分之一或以下。高分子层10A和10B的各自厚度(对应于前述间隔距离D1A和D1B)例如可以等于或大于10M。0070扩张收缩抑制层11由与高分子层10相比具有较低的线性扩张系数和较低的面积膨胀率(潮湿状态时的面积/干燥状态时的面积1100)、以及较高的杨氏模量的材料制成。具体地,扩张收缩抑制层11由具有线性扩张系数值为从约10106至约50106(/DEGC)(包括两个端点)、。
27、面积膨胀率值为从约0至约5()(包括两个端点)、以及杨氏模量值为从约1至约10(GPA)(包括两个端点)的材料制成。相反,高分子层10由具有线性扩张系数值为约100106(/DEGC)、面积膨胀率值为等于或大于10()、以及杨氏模量值为从约02至约05(GPA)(包括两个端点)的材料制成。此外,扩张收缩抑制层11可以优选的由如下所述的具有离子导电性的材料制成。这种扩张收缩抑制层11可以由具有由离子导电树脂浸渍的空隙的纤维膜或多孔膜制成。具体地,作为扩张收缩抑制层11,例如,可以使用诸如玻璃纸(处于例如由玻璃纤维制成的值具有80或更高的多孔性的状态的纤维膜)、玻璃薄片(鳞片状玻璃)、芳族聚酰胺纤。
28、维、聚酯纤维、纤维素、丙烯酸类纤维、氟树脂纤维、聚烯烃纤维或其任意组合的材料。0071聚合物器件1的制造方法0072例如,可以如下制造根据本实施例的聚合物器件1。即,首先,通过前述方法各自形成由前述材料制成的一对电极层12A和12B。此外,形成由前述材料制成的各高分子层10A和10B。0073此外,例如,如在图2所示,前述的纤维膜(诸如玻璃纸)或前述多孔膜浸渍有离子传导性树脂,并且从而形成了扩张收缩抑制层11。应注意的是,代替上述方法,例如,扩张收缩抑制层11可以通过在离子导电性树脂中分散具有扩张收缩功能的材料(与高分子层10A和10B相比具有较低线性扩张系数和较高杨氏模量的材料)来形成。00。
29、74随后,以如图2中所示的层压顺序层压如上所述形成的电极层12A和12B、高分子层10A和10B以及扩张收缩抑制层11中的各层。即,高分子层10A和10B被布置在一对电极层12A与12B之间,扩张收缩抑制层11被布置在高分子层10A与10B之间,扩张收缩抑制层11被布置在一对电极层12A与12B之间并且被布置为远离各电极层12A和12B。因此,完成了图1和图2中示出的聚合物器件1。应值得注意的是,可以通过不同于前述层压方法的方法来制造聚合物器件1,例如,通过重复涂布各层(重复涂布、干燥和固化)。0075聚合物器件1的作用和效果0076A在用作聚合物致动器器件的情况下的基本操作说明书CN1041。
30、22641A6/18页90077在根据此实施例的聚合物器件1中,在电极层12A与12B之间生成了预定电位差的情况下,基于以下的原理,在高分子层10中发生了形变(弯曲)。即,在此情况下,聚合物器件1用作聚合物致动器器件。0078图3A、图3B和图3C使用截面视图(ZX截面视图)示意性地示出了聚合物器件1的操作(作为聚合物致动器器件的操作)。参照图3A、图3B、和图3C,以下将根据用于浸渍高分子层10的上述阳离子物质的类型,描述作为用于相应情况的聚合物致动器器件的聚合物器件1的操作。0079首先,以下将描述使用包含阳离子和极性溶剂的物质作为阳离子物质的情况。0080在此情况下,由于阳离子物质基本上。
31、被均匀地分散在高分子层10中,因此处于没有施加电压的状态下的聚合物器件1不是弯曲的而是平面状的(图3A)。在通过图3B中示出的电压作用部9(在此情况下的电压供给部)施加电压的情况下(开始施加驱动电压VD),聚合物器件1显示出如下的行为。即,例如,在电极层12A与12B之间施加预定驱动电压VD使得电极层12A具有负电势并且电极层12B具有正电势(参见图3B中的箭头“V”)的情况下,在阳离子被极性溶剂溶剂化的状态下阳离子移动到电极层12A侧。此时,由于阴离子不太可能在高分子层10中移动,因此,在高分子层10中,电极层12A侧是溶胀的并且电极层12B侧收缩。从而,如通过图3B中的箭头“Z”所指示的,。
32、作为整体的聚合物器件1上向电极层12B侧弯曲。0081之后,消除电极层12A与12B之间的电势差,以获得不施加电压的状态(停止施加驱动电压VD)。从而,已经不均衡地位于高分子层10中的电极层12A侧的阳离子物质(阳离子和极性溶剂)被扩散,从而返回到图3A中所示的状态。0082此外,在从图3A中所示的没有施加电压的状态在电极层12A与12B之间施加预定驱动电压VD使得电极层12A具有正电势且电极层12B具有负电势的情况下(参见图3C中的箭头“V”),显示出了如下的行为。即,在阳离子用极性溶剂被溶剂化的状态下,阳离子移动到电极层12B侧。在此情况下,在高分子层10中,电极层12A侧收缩并且电极层1。
33、2B侧溶胀。从而,如通过图3C中的箭头“Z”所指示的,作为整体的聚合物器件1向电极层12A侧弯曲。0083应注意的是,在这种情况下,再次在消除了电极层12A与12B之间的电势差以获得未施加电压的状态的情况下,已经不均衡地位于高分子层10中的电极层12B侧的阳离子物质扩散,并且返回到图3A中所示的状态。0084接下来,将描述使用包含液体阳离子的离子液体作为阳离子物质的情况。0085同样在这种情况下,在未施加电压的状态下,由于离子液体基本上均匀地分散在高分子层10中,因此如在图3A中所示,聚合物器件1是平面状的。在通过电压作用部9(电压供给部)施加电压的情况下,聚合物器件1显示出如下的行为。即,例。
34、如,在电极层12A与12B之间施加预定驱动电压VD使得电极层12A具有负电势并且电极层12B具有正电势的情况下,在离子液体中,阳离子移动到电极层12A侧,并且不允许阴离子在作为阳离子交换膜的高分子层10中移动。因此,在高分子层10中,电极层12A侧是溶胀的并且电极层12B侧收缩。因此,如在图3B中的通过箭头“Z”所指示的,作为整体的聚合物器件1上向电极层12B侧弯曲。0086之后,在消除电极层12A与12B之间的电势差以获得其未施加电压的状态的情况说明书CN104122641A7/18页10下,已经不均匀地位于高分子层10中的电极层12A侧的阳离子被扩散,并且返回到图3A中所示的状态。0087。
35、此外,在从图3A所示的没有施加电压的状态在电极层12A与12B之间施加预定驱动电压VD使得电极层12A具有正电势且电极层12B具有负电势的情况下,在离子液体中,阳离子移动到电极层12B侧。在这种情况下,在高分子层10中,电极层12A侧收缩并且电极层12B侧溶胀。因此,如图3C的箭头“Z”所指示的,作为整体的聚合物器件1向电极层12A侧弯曲。0088应注意的是,还是在这种情况下,在消除了电极层12A与12B之间的电势差以获得其没有施加电压的状态的情况下,已经不均衡地位于高分子层10中的电极层12B侧的阳离子扩散,并且返回到图3A中所示的状态。0089B用作聚合物传感器器件的情况下的基本操作009。
36、0此外,在根据本实施例的聚合物器件1中,相反,在高分子层10在于厚度方向(在这种情况下的Z轴方向)正交的方向上形变(弯曲)的情况下,基于以下的原理,在电极层12A与电极层12B之间生成电压(电动势)。即,在这种情况下,聚合物器件1用作聚合物传感器器件(诸如速度传感器和加速度传感器)。参照图3A、图3B和图3C,以下将以与上面的描述类似的方式,针对根据阳离子物质的类型来描述相应的情况的作为聚合物传感器器件的聚合物器件1的操作。0091首先,将描述使用包含阳离子和极性溶剂的物质作为阳离子物质的情况。0092在这种情况下,首先,例如,在聚合物器件1本身没有线性运动或旋转运动,并且没有生成加速度和角加。
37、速度的情况下,由加速度和角加速度产生的力没有施加到聚合物器件1。因此,聚合物器件1没有形变(弯曲),并且是平面状的(图3A)。因此,由于阳离子物质基本上均匀地分散在高分子层10中,因此在电极层12A与12B之间没有生成电势差,并且在聚合物器件1中检测的电压变成0(零)V。0093相反,例如,在聚合物器件1本身在线性运动或旋转运动中并且从而生成了加速度和角加速度的情况下,由加速度和角加速度产生的力被施加到聚合物器件1。因此,聚合物器件1形变(弯曲的)(图3B和图3C)。0094例如,如在图3B中所示,在聚合物器件1在Z轴上的正方向形变(向电极层12B侧)的情况下,在高分子层10中,电极层12B侧。
38、收缩并且电极层12A侧溶胀。在这种情况下,阳离子在使用极性溶剂将阳离子溶剂化的情况下移动到电极层12A侧。因此,在阳离子在电极层12A侧变得密集的同时,阳离子在电极层12B侧变得稀疏。因此,在这种情况下,在聚合物器件1中,生成了在电极层12A侧比电极层12B侧具有更高电势的电压V。即,在这种情况下,如在图3B中的括号中的箭头“V”所指示的,在连接至电极层12A与12B的电压作用部(在这种情况下的电压表)检测到负电压(V)。0095相反,如在图3C所示,在聚合物器件1在Z轴上的负方向变形(向电极层12A侧)的情况下,在高分子层10中,电极层12A侧收缩并且电极层12B侧溶胀。在这种情况下,阳离子。
39、在使用极性溶剂将阳离子溶剂化的情况下移动到电极层12B侧。因此,在阳离子在电极层12B侧变得密集的同时,阳离子在电极层12A侧变得稀疏。因此,在这种情况下,在聚合物器件1中,在电极层12B侧生成了具有比电极层12A侧更高电势的电压V。即,在这种情况下,如图3C中的箭头“V”所指示的,在连接至电极层12A和12B的电压作用部(电压说明书CN104122641A108/18页11表)中检测到正电压(V)。0096接下来,将描述使用包含液体阳离子的离子液体作为阳离子物质情况。0097在这种情况下,首先,例如,在聚合物器件1本身不在线性运动或旋转运动中,没有生成加速度和角加速度的情况下,聚合物器件1没。
40、有形变并且是平面状的(图3A)。因此,由于离子液体基本上均匀地分散在高分子层10中,因此在电极层12A与12B之间没有生成电势差,并且在聚合物器件1中检测的电压变成0V。0098相反,例如,在聚合物器件1本身在线性运动或旋转运动中并且生成了加速度和角加速度的情况下,聚合物器件1以与前述情况类似的方式形变(图3B和图3C)。0099例如,如在图3B中所示,在聚合物器件1在Z轴上的正方向上形变(向电极层12B侧)的情况下,在高分子层10中,电极层12B侧收缩并且电极层12A侧溶胀。在这种情况下,在高分子层10是阳离子交换膜的情况下,允许构成离子液体的阳离子通过膜移动到电极层12A侧;然而,阴离子被。
41、官能团阻挡而不允许被移动。因此,在这种情况下,在聚合物器件1中,在电极层12A侧生成了具有比电极层12B侧更高电势的电压V。即,同样在这种情况下,如通过图3B中的括号中的箭头“V”所示,在连接至电极层12A与12B的电压作用部(电压表)检测到负电压(V)。0100相反,如在图3C中所示,在聚合物器件1在Z轴上的负方向上形变(向电极层12A侧)的情况下,相反,在高分子层10中,电极层12A侧收缩并且电极层12B侧溶胀。在这种情况下,在离子液体中,阳离子因为与前述原因类似的原因移动到电极层12B侧。因此,在这种情况下,在聚合物器件1中,在电极层12B侧生成了具有比电极层12A侧更高电势的电压V。即。
42、,在这种情况下,如通过图3C中的括号中的箭头“V”所指示的,在连接至电极层12A与12B的电压作用部(电压表)中检测到正电压(V)。0101C扩张收缩抑制层11的作用0102随后,将通过与比较实例(比较实例1和比较实例2)的比较来详细描述根据本实施例的聚合物器件1中的扩张收缩抑制层11的作用。图4示出了根据比较实例1的聚合物器件(聚合物器件101)的截面构造(ZX截面构造)。图5示出了根据比较实例2的聚合物器件(聚合物器件201)的截面构造(ZX截面构造)。0103比较实例10104首先,不同于根据本实施例的聚合物器件1,在根据图4中示出的比较实例1的聚合物器件101中没有设置扩张收缩抑制层1。
43、1。因此,在聚合物器件101中,由于周围环境的变化(温度上的变化、湿度上的变化等)而引起的形状变化(尺寸变化)。具体地,如通过图4中的箭头所指示的,由于周围环境的变化,高分子层10沿层内方向(在此实例中的XY面内方向)扩张或收缩。结果,作为整体的聚合物器件101的特性(诸如形变特性)退化。0105比较实例20106相反,不同于根据上述比较实例1的前述聚合物器件,在图5中所示的根据比较实例2的聚合物器件201中,在一对电极层12A和12B之间设置了扩张收缩抑制层11。因此,与聚合物器件101相比,在聚合物器件201中抑制了由于周围环境变化引起的形状变化。具体地,如在图5中的箭头和十字线所指示的,。
44、抑制了由于周围环境变化产生的聚合物器件10的沿层内方向的扩张和收缩。结果,抑制了作为整体的聚合物器件201的形变特性等的退化。说明书CN104122641A119/18页120107然而,不同于根据本实施例的聚合物器件1,在聚合物器件201中,扩张收缩抑制层11存在于一对电极层12A与12B之间的整个空间中。即,不同于其中扩张收缩抑制层11位于一对电极层12A与12B之间并且布置为远离各电极层12A和12B的聚合物器件1,在聚合物器件201中,扩张收缩抑制层11没有被布置为远离各电极层12A和12B,而是与各电极层12A和12B相接触。因此,在聚合物器件201中,虽然允许抑制由于周围环境变化引。
45、起的形状变化,但是阻止了作为聚合物器件201的主要动作的形变运动(弯曲动作)。具体地,由于扩张收缩抑制层11存在于一对电极层12A与12B之间的整个空间中,因此过度抑制了电极层12A和12B的扩张和收缩,并且聚合物器件201的形变运动受到抑制。如上所述,在比较实例2中,作为整体的聚合物器件201的形变特性等退化。0108本实施例0109相反,在根据本实施例的聚合物器件1中,如在图1和图2中所示,首先,如在前述比较实例2中,扩张收缩抑制层11被设置在一对电极层12A与12B之间。因此,在聚合物器件1中,如在聚合物器件201中,抑制了由周围环境变化所引起的形状变化。具体地,如通过在图6中的箭头和十。
46、字线所指示的,抑制了由环境变化引起的沿高分子层10的层内方向扩张和收缩。结果,抑制了作为整体的聚合物器件1的形变特性等的退化。0110此外,如上所述,不同于根据前述比较实例2的前述聚合物器件201,在聚合物器件1中,扩张收缩抑制层11位于一对电极层12A与12B之间,并且被布置为远离各电极层12A和12B。因此,在聚合物器件1中,与聚合物器件201相比,不太可能抑制聚合物器件1的形变运动(抑制了由于存在扩张收缩抑制层而对形变运动的阻止)。换句话说,由于扩张收缩抑制层11布置为远离各电极层12A和12B,因此对于电极层12A和12B的扩展和收缩的影响减小,并且聚合物器件1容易形变(弯曲的)。01。
47、11此外,在扩张收缩抑制层11具有离子导电性的情况下,如通过图6中的虚线箭头所指示的,减小或避免了对高分子层10中的离子运动的阻碍。因此,在这种情况下,进一步抑制了作为整体的聚合物器件1的形变特性等的退化。0112如上所述,在该实施例中,由于抑制高分子层10的扩张和收缩的扩张收缩抑制层11被布置为远离各电极层12A和12B,因此,允许在抑制高分子层10的扩张和收缩的同时不太可能防止聚合物器件1的形变运动。因此,在保持形变特性的同时,允许抑制由于环境变化导致的形状变化。0113此外,由于扩张收缩抑制层11被布置在高分子层10中的厚度方向的中心附近,因此允许防止静态(没有形变运动时)的高分子层10。
48、的翘曲(WARPAGE)(翘曲到电极层12A侧或电极层12B侧)。0114实例0115接下来,将通过与比较实例(比较实例1和比较实例3)的比较来描述该本实施例中的特定实例。实例以及比较实例1和比较实例3的相应条件如下。0116实例图70117电极层12A和12B碳粉(浓度40WT),膜厚度25M。0118高分子层10和扩张收缩抑制层11使用NAFION(注册商标)作为基材。0119扩张收缩抑制层11A和11B包含玻璃纸(孔隙率(POROSITY)90,玻璃纤维直径1M),每个膜厚度25M。说明书CN104122641A1210/18页130120高分子层10A和10B不包含玻璃纸(孔隙率90,。
49、玻璃纤维直径1M),每个膜厚度25M。0121扩张收缩抑制层11A和11B被布置为远离各电极层12A和12B。比较实例1图80122电极层12A和12B碳粉(浓度40WT),膜厚度25M。0123高分子层10A至10D使用NAFION(注册商标)作为基材,不包含玻璃纸(孔隙率90,玻璃纤维直径1M),每个膜厚度25M。0124不包括扩张收缩抑制层11。0125比较实例3图90126电极层12A和12B碳粉(浓度40WT),膜厚度25M。0127高分子层10和扩张收缩抑制层11使用NAFION(注册商标)作为基材。0128扩张收缩抑制层11A和11B包含玻璃纸(孔隙率90,玻璃纤维直径1M),每个膜厚度25M。0129高分子层10A和10B不包含玻璃纸(孔隙率90,玻璃纤维直径1M),每个膜厚度25M。0130扩张收缩抑制层11A和11B不与各电极层12A和12B相接触。0131图10分别示出了根据实例和比较实例1以及比较实例3的聚合物器件1和聚合物器件101以及聚合物器件301中的高分子层10的面内尺寸变化量(XY平面的尺寸变化量)。从图10中可以看出,与其中没有设置扩张收缩抑制层11的比较实例1相比,在其中设置了扩张收缩抑制层11的实例和比较实例3中面内尺寸变化量减小到约五分之一。即,确认了通过在一对电极层12A与12B之间设置扩张收缩抑制层11抑。