JP2009298691A - 電歪複合材料及びその製造方法 - Google Patents

電歪複合材料及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2009298691A
JP2009298691A JP2009142324A JP2009142324A JP2009298691A JP 2009298691 A JP2009298691 A JP 2009298691A JP 2009142324 A JP2009142324 A JP 2009142324A JP 2009142324 A JP2009142324 A JP 2009142324A JP 2009298691 A JP2009298691 A JP 2009298691A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite material
electrostrictive composite
carbon nanotubes
reinforcing particles
electrostrictive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009142324A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5086308B2 (ja
Inventor
Lu-Zhou Chen
魯倬 陳
Choko Ryu
長洪 劉
守善 ▲ハン▼
Feng-Yan Fan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qinghua University
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Original Assignee
Qinghua University
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qinghua University, Hon Hai Precision Industry Co Ltd filed Critical Qinghua University
Publication of JP2009298691A publication Critical patent/JP2009298691A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5086308B2 publication Critical patent/JP5086308B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/852Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00Mixing; Kneading
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/09Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/092Forming composite materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/09Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/098Forming organic materials

Abstract

【課題】本発明は、応答速度が速く且つ比較的大きい応力を提供できる電歪複合材料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る電歪複合材料は、フレキシブル高分子基材と、前記フレキシブル高分子基材の中に分散された複数のカーボンナノチューブと、前記フレキシブル高分子基材の中に分散された複数の強化粒子と、を備えている。本発明は、さらに前記電歪複合材料の製造方法を提供する。
【選択図】図2

Description

本発明は、電歪複合材料及びその製造方法に関するものであって、特にカーボンナノチューブを含む電歪複合材料及びその製造方法に関するものである。
電歪複合材料は、電界の作用によって伸縮することができ、従って電気エネルギーと機械エネルギーとの変換を実現することができる。電歪複合材料における電気エネルギーと機械エネルギーとの変換が筋肉の運動方式と類似するため、該電歪複合材料は、人工筋肉材料とも言える。従来の電歪複合材料に基づいた電気エネルギーと機械エネルギーとの変換を実現できる材料及び部品において、前記電歪複合材料は、主に単一成分の材料から形成され、その駆動電圧が高く、且つ出力応力が小さいため、その性能が筋肉に及ばない。
カーボンナノチューブ紙(非特許文献1を参照)またはカーボンナノチューブを含む複合材料などは、常に前記電歪複合材料を製造することに用いられる。図1は、従来のナノフレキシブル電熱材料10の構造を示す図である。前記ナノフレキシブル電熱材料10は、フレキシブル高分子基材材料14と、前記フレキシブル高分子基材材料14の中に分散されている大量のカーボンナノチューブ12と、を備える。前記大量のカーボンナノチューブ12が前記フレキシブル高分子基材材料14の中で互いに連接されて大量の導電ネットワークを形成するため、前記ナノフレキシブル電熱材料10は、導電することができる。前記ナノフレキシブル電熱材料10は、通電されると発熱することができ、それからその体積が膨張される。特に、前記ナノフレキシブル電熱材料10の電流の流れ方向に沿って、比較的大きい変形が生じる。前記ナノフレキシブル電熱材料10は、カーボンナノチューブ溶液と前記高分子材料のプレポリマー溶液を混合してから、重合固化することにより形成される。
しかし、前記ナノフレキシブル電熱材料10の中のカーボンナノチューブ12が凝集し易いので、前記カーボンナノチューブ12が前記ナノフレキシブル電熱材料10に均一に分散されず、従って前記ナノフレキシブル電熱材料10の応答速度、導電性及び応力などに影響を与える。
Ray H.Baughman等、"Carbon Nanotube Actuators"、Science、1999年、第284巻、p.1340
前記課題を解決するために、応答速度が速く且つ比較的大きい応力を提供できる電歪複合材料及びその製造方法を提供する必要がある。
前記目的を達成するため、本発明に係る電歪複合材料は、フレキシブル高分子基材と、前記フレキシブル高分子基材の中に分散された複数のカーボンナノチューブと、前記フレキシブル高分子基材の中に分散された複数の強化粒子と、を備えている。
また、前記複数のカーボンナノチューブの重量パーセントは0.1〜10wt%である。
また、前記複数の強化粒子の重量パーセントは1〜10wt%である。
また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記フレキシブル高分子基材の中に均一に分布され、且つ互いに連接されて複数の導電ネットワークを形成している。
前記目的を達成するため、本発明に係る電歪複合材料の製造方法は、複数のカーボンナノチューブと、複数の強化粒子と、ポリマー前駆体とを提供する第一ステップと、前記複数のカーボンナノチューブと、複数の強化粒子と、ポリマー前駆体と、を混合して混合物を形成する第二ステップと、前記混合物におけるポリマー前駆体を重合させる第三ステップと、を備えている。
また、前記第二ステップは、前記ポリマー前駆体を揮発性溶剤に混合してポリマー前駆体の溶液を形成する第一サブステップと、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記複数の強化粒子を、前記ポリマー前駆体の溶液に入れて混合溶液を形成する第二サブステップと、前記混合溶液の中の溶剤を揮発させる第三サブステップと、を備えている。
従来の技術と比べると、本発明の電歪複合材料及びその製造方法は、次の優れた点がある。第一に、前記電歪複合材料は、複数のカーボンナノチューブを備えるばかりでなく、極めて高い熱伝導率と高温に耐える特性を有する複数の強化粒子をさらに備えるため、前記電歪複合材料の熱伝導効率を高めることができ、且つその応答速度を速めることができる。第二に、前記強化粒子は、前記電歪複合材料のヤング率を高め、前記電歪複合材料が膨張する場合、前記電歪複合材料のその推進力を高めることができる。第三に、前記強化粒子が高い抵抗率、低い誘電率及び低い誘電損失などの優れた電気特性を有するため、前記電歪複合材料に前記強化粒子を添加すると、前記電歪複合材料の導電性を調節することができ、小さい電圧を印加するだけで理想的な変形をもたらすことができ、従って前記電歪複合材料の使用電圧を下げる。第四に、前記電歪複合材料を形成する過程において、超音波処理を利用して、前記カーボンナノチューブと前記強化粒子を前記電歪複合材料に十分に分散させる。
従来のナノフレキシブル電熱材料の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る電歪複合材料の膨張前後の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る電歪複合材料の製造方法のフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図2を参照すると、本実施形態に係る電歪複合材料20は、フレキシブル高分子基材22と、該フレキシブル高分子基材22の中に均一に分散された複数のカーボンナノチューブ24と、前記フレキシブル高分子基材22の中に均一に分散された複数の強化粒子26と、を備える。前記複数のカーボンナノチューブ24は、前記フレキシブル高分子基材22の中で互いに連接されて大量の導電ネットワークを形成する。前記フレキシブル高分子基材22の材料は、シリコーンゴム弾性体、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂のうちのいずれか一種及びそのいずれかの組合せから選択することができる。前記強化粒子26の材料は、セラミック、金属、金属酸化物、金属窒化物、ガラスのうちのいずれか一種及びそのいずれかの組合せから選択することができる。前記強化粒子26の直径は、1nm〜10μmである。
前記電歪複合材料20における前記フレキシブル高分子基材22の重量パーセントは、80wt%〜98.9wt%であって、前記電歪複合材料20における前記カーボンナノチューブ24と前記強化粒子26の重量パーセントは、20wt%以下である。前記複数のカーボンナノチューブ24が前記電歪複合材料20の中で大量の導電ネットワークを形成できるように、前記カーボンナノチューブ24と前記強化粒子26の質量比は、1:1以上である。前記電歪複合材料20における前記強化粒子26の重量パーセントが1wt%〜10wt%であり、前記電歪複合材料20における前記カーボンナノチューブ24の重量パーセントが0.1wt%〜10wt%である。好ましくは、前記電歪複合材料20における前記強化粒子26の重量パーセントが1wt%〜5wt%であり、前記電歪複合材料20における前記カーボンナノチューブ24の重量パーセントが0.1wt%〜5wt%である。前記カーボンナノチューブ24は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブの中のいずれか一種及びそのいずれかの組合せであって、単層カーボンナノチューブの直径は、0.5nm〜50nmであって、二層カーボンナノチューブの直径は、1nm〜50nmであって、多層カーボンナノチューブの直径は、1.5nm〜50nmである。
本実施形態において、前記フレキシブル高分子基材22の材料は、シリコーンゴムであって、前記カーボンナノチューブ24は、多層カーボンナノチューブであって、前記カーボンナノチューブ24の長さは、1μm以上であり、50μm〜900μmであることが好ましい。前記電歪複合材料20における前記強化粒子26の重量パーセントが4wt%であって、前記電歪複合材料20における前記カーボンナノチューブ24の重量パーセントが5wt%である。
前記強化粒子26は、以下の機能を有する。第一に、前記強化粒子26が極めて高い熱伝導率と高温に耐えるなどの特性を有するため、前記電歪複合材料20の熱伝導効率を高めることができ、且つ前記電歪複合材料20の応答速度を速めることができる。第二に、前記強化粒子26が高い抵抗率、低い誘電率及び誘電損失などの優れた電気特性を有するため、前記強化粒子26を添加すると、前記電歪複合材料20の導電性を調節することができる。第三に、前記強化粒子26は、前記電歪複合材料20のヤング率を高め、前記電歪複合材料20が膨張する場合、前記電歪複合材料20のその推進力を高めることができる。
前記電歪複合材料20について三つの実験を行う。第一の実験において、前記フレキシブル高分子基材22は、重量パーセントが94wt%のシリコーンゴム弾性体であり、前記カーボンナノチューブ24は重量パーセントが4wt%の多層カーボンナノチューブであり、前記強化粒子26は、重量パーセントが2wt%の窒化ホウ素である。この結果は、前記電歪複合材料20のヤング率が1.92MPaになる。第二の実験において、前記フレキシブル高分子基材22は、重量パーセントが94wt%のシリコーンゴム弾性体であり、前記カーボンナノチューブ24は重量パーセントが4wt%の多層カーボンナノチューブであり、前記強化粒子26は、重量パーセントが2wt%の酸化アルミニウム(Al)である。この結果は、前記電歪複合材料20のヤング率が1.57MPaになる。第三の実験において、前記フレキシブル高分子基材22は、重量パーセントが96wt%のシリコーンゴム弾性体であり、前記カーボンナノチューブ24は重量パーセントが4wt%の多層カーボンナノチューブである。この結果は、前記電歪複合材料20のヤング率が1.2MPaになる。
2つの電極を別々に前記電歪複合材料20の対向する両端に設置し、前記電極によって前記電歪複合材料20に電圧を印加すると、電流は前記カーボンナノチューブ24からなる導電ネットワークによって伝送される。前記カーボンナノチューブ24と前記強化粒子26の熱伝導率が非常に高いので、前記電歪複合材料20の温度が素早く上昇し、前記フレキシブル高分子基材22であるシリコーンゴムが溶融状態になる。前記電歪複合材料20の温度上昇に伴って、前記電歪複合材料20から流れる電流は増加していく。この場合、正のフィードバック過程を形成する。前記電流が前記カーボンナノチューブ24に流れて、前記カーボンナノチューブ24により電気エネルギーが熱エネルギーに変換される。該熱エネルギーは、前記電歪複合材料20の局部から前記電歪複合材料20全体に向かって非常に素早く拡散するため、熱膨張により前記電歪複合材料20の伸展現象を引き起こす。本実施形態に係るカーボンナノチューブ24と強化粒子26が前記電歪複合材料20の中に均一に分布されているため、前記電歪複合材料20の応答速度が比較的速く且つ比較的大きい伸縮率を有する。本実施形態において、前記電歪複合材料20の伸縮率は、1%〜8%である。
前記電歪複合材料20を利用して製造した該製品に、一定の電圧を印加すると、電荷が電流の流れ方向に沿って前記電歪複合材料20の中に蓄積するため、前記電流の流れ方向における前記電歪複合材料20の変形は明らかであるが、前記電流の流れ方向に直交する方向における前記電歪複合材料20の変形は明らかではない。従って、前記電歪複合材料20の収縮は、リニアリティな収縮と見なすことができる。従って、リニアリティに収縮する電歪複合材料20を製造する時、直接に本実施形態に係る電歪複合材料20を使うことができ、他の複雑な加工を行わず、リニアリティな収縮と湾曲効果を実現することができるので、製作工程が簡単になり、製作コストが低くなる。
本実施形態に係る電歪複合材料20の膨張係数は、0.66×10−4−1〜 5.28×10−4−1である。図2を参照して、本実施形態に係る電歪複合材料20の膨張係数を測量する過程を説明する。導線によって前記電歪複合材料20の両端に電源(図示せず)電圧を印加する。ここで、前記フレキシブル高分子基材22は、重量パーセントが91wt%のシリコーンゴム弾性体であり、前記カーボンナノチューブ24は重量パーセントが5wt%の多層カーボンナノチューブであり、前記強化粒子26は、重量パーセントが4wt%の酸化アルミニウム(Al)である。前記強化粒子26の直径は、10nm〜100nmである。前記電歪複合材料20の膨張係数αは、次の公式(1)を満たす。
Figure 2009298691
ここで、L1は前記電歪複合材料20の最初の長さ、L2は膨張した前記電歪複合材料20の長さ、ΔTは前記電歪複合材料20の温度変化量、εは歪みである。前記L1が4cmである場合、前記電歪複合材料20に40Vの電圧を2分間印加すると、前記L2は4.2cmになる。即ち、前記電歪複合材料20の長さの変化量ΔLは0.2cmである。前記温度変化量ΔTは150Kであり、前記歪みεは5%である。この場合、前記電歪複合材料20の膨張係数αは3.3×10−4−1となる。
本実施形態に係る電歪複合材料20のフレキシブル高分子基材22の少なくともの一つの表面に、シリコーンゴム層を設置する。さらに、本実施形態に係る電歪複合材料20を2つのシリコーンゴム層の間に挟めてサンドイッチ構造を形成ことができる。前記シリコーンゴム層の厚さは、前記電歪複合材料20の厚さの1〜10%である。前記シリコーンゴム層と前記電歪複合材料20の中の高分子基材22の成分が同じであるため、前記シリコーンゴム層と前記電歪複合材料20をよく結合させることができる。同じ厚さを有する電歪複合材料を形成する時、本実施形態に係るサンドイッチ構造の電歪複合材料は、比較的優れた電歪特性を保持することができるので、カーボンナノチューブと強化粒子の用量を減少させ、コストを低減することができる。なお、前記シリコーンゴム層が優れた絶縁性を有するため、絶縁を必要とする電歪複合材料に使われる。上述の原理に基づいて、本実施形態に係る電歪複合材料20は多層構造であることができ、且つ各層の設置方式及び厚さは、実際の要求によって調整することができる。
図3を参照すると、本実施形態に係る電歪複合材料20の製造方法は、複数のカーボンナノチューブと、複数の強化粒子と、ポリマー前駆体とを提供する第一ステップと、前記複数のカーボンナノチューブと、複数の強化粒子と、ポリマー前駆体と、を混合して混合物を形成する第二ステップと、前記混合物におけるポリマー前駆体を重合させる第三ステップと、を備える。
前記第一ステップにおいて、前記カーボンナノチューブは、CVD法、レーザ蒸発法、アーク放電法により得られる。本実施形態において、前記カーボンナノチューブの製造方法は、基板を提供するステップと、化学気相堆積(CVD)法によって前記基板にカーボンナノチューブアレイを形成するステップと、機械的方法により前記基板から前記カーボンナノチューブアレイを剥離して複数のカーボンナノチューブを引き出すステップと、を備える。前記強化粒子は、ゾルゲル(sol−gel)法またはボールミル(ball milling)法により得られる。前記ポリマー前駆体は、プレポリマー(prepolymer)溶液またはプレポリマーモノマーであることができ、その材料はフレキシブル高分子基材の材料によって選択する。前記プレポリマーは、シリコーンゴムプレポリマー、ポリウレタンプレポリマー、エポキシ樹脂プレポリマー、ポリメタクリル酸メチル樹脂プレポリマーの中のいずれか一種及びそのいずれかの組合せから選択することができる。本実施形態において、前記フレキシブル高分子基材は、シリコーンゴムであって、前記ポリマー前駆体は、溶融状のシリコーンゴムプレポリマーである。
前記第二ステップは、前記ポリマー前駆体を揮発性溶剤に混合してポリマー前駆体の溶液を形成する第一サブステップと、前記複数のカーボンナノチューブ及び複数の強化粒子を、前記ポリマー前駆体の溶液に入れて混合溶液を形成する第二サブステップと、前記混合溶液の中の溶剤を揮発させる第三サブステップと、を備える。前記ポリマー前駆体が液体である場合、前記複数のカーボンナノチューブ及び複数の強化粒子を直接に前記ポリマー前駆体に添加して混合溶液を形成することができる。
以下、前記第二ステップの前記三つのサブステップを詳しく説明する。まず、シリコーンゴムのA成分を酢酸エチルに完全に溶解させて、前記シリコーンゴムのA成分を含む溶液を形成する。本実施形態において、前記シリコーンゴムのA成分は、ヒドロキシ末端ポリシロキサン(hydroxyl terminated polysiloxane)である。次に、複数のカーボンナノチューブ及び複数の強化粒子を前記溶液に入れて混合溶液を形成した後、該混合溶液に対して超音波粉砕処理及び超音波洗浄処理を行うことができる。具体的に、超音波処理装置によって前記混合溶液に対して10分間ほど超音波粉砕処理を行ってから、サランラップ(登録商標)(Saran Wrap)で前記混合溶液を密封して超音波洗浄機に入れて3時間ほど超音波処理を行う。前記超音波粉砕処理によって、前記カーボンナノチューブと前記強化粒子の粒径を縮小させることができる。前記超音波洗浄処理によって、前記カーボンナノチューブと前記強化粒子を前記混合溶液に十分に分散させる。最後に、前記混合溶液の中の溶剤を揮発させ、複数のカーボンナノチューブ、複数の強化粒子及びシリコーンゴムのA成分が均一に分散された混合物を形成する。具体的には、前記混合溶液を室温に冷却してから80℃〜120℃定温のオーブンに放置して前記混合溶液の中の酢酸エチルが完全に揮発されるまで加熱して、前記カーボンナノチューブ、前記強化粒子及び前記シリコーンゴムのA成分が均一に分散された混合物を形成する。
前記第三ステップにおいて、前記複数のカーボンナノチューブと、複数の強化粒子及び前記ポリマー前駆体からなる混合物に、開始剤を添加する。該開始剤としては、シリコーンゴムのB成分が分散されているエチル溶液又は脱イオン水である。前記開始剤を前記混合物に入れて、ガラス棒で攪拌することにより、前記シリコーンゴムのB成分と前記シリコーンゴムのA成分を重合させて、電歪複合材料を形成する。本実施形態において、前記シリコーンゴムのA成分は、ヒドロキシ末端ポリジメチルシロキサン(hydroxyl terminated polydimethylsiloxane)であり、前記シリコーンゴムのB成分は、テトラエトキシシラン(tetraethoxysilane)である。前記ポリマー前駆体と前記開始剤との重量比は100:6である。
さらに、前記電歪複合材料に対して脱気処理を行うことができる。具体的に、前記電歪複合材料をガラス基板などのような平面支持体の表面に塗布し、該支持体を真空装置の中に置いて真空化させることにより、前記電歪複合材料の中の気泡を除去する。
さらに、前記電歪複合材料を押圧してその辺縁を切ることができる。具体的に、滑らかな表面を有する押圧部材で前記電歪複合材料を押圧して、前記電歪複合材料を前記支持体の表面に均一に塗布させ、且つ12〜18時間ほど放置してから、ナイフで前記電歪複合材料の辺縁を切り、最後に前記支持体から前記電歪複合材料全体を緩やかに剥がす。
なお、前記電歪複合材料の対向する2つの表面に別々にシリコーンゴム層を形成してサンドイッチ構造を構成することができる。前記サンドイッチ構造の製造方法は、シリコーンゴムのA成分を揮発性溶剤に溶解して溶液を形成するステップと、シリコーンゴムのB成分を前記溶液に溶解してシリコーンゴムプレポリマー溶液を形成するステップと、前記電歪複合材料を前記シリコーンゴムプレポリマー溶液に浸漬させてから、前記シリコーンゴムプレポリマー溶液を放置固化して、前記電歪複合材料の対向する2つの表面に別々にシリコーンゴム層を形成するステップと、を備える。
本実施例の電歪複合材料及びその製造方法は、次の優れた点がある。第一に、前記電歪複合材料は、複数のカーボンナノチューブを備えるばかりでなく、極めて高い熱伝導率と高温に耐える特性を有する複数の強化粒子をさらに備えるため、前記電歪複合材料の熱伝導効率を高めることができ、且つその応答速度を速めることができる。第二に、前記強化粒子は、前記電歪複合材料のヤング率を高め、前記電歪複合材料が膨張する場合、前記電歪複合材料のその推進力を高めることができる。第三に、前記強化粒子が高い抵抗率、低い誘電定数及び低い誘電損失などの優れた電気特性を有するため、前記電歪複合材料に前記強化粒子を添加すると、前記電歪複合材料の導電性を調節することができ、小さい電圧を印加するだけで理想的な変形をもたらすことができ、従って前記電歪複合材料の使用電圧を下げる。第四に、前記電歪複合材料を形成する過程において、超音波処理を利用して、前記カーボンナノチューブと前記強化粒子を前記電歪複合材料に十分に分散させる。第五に、前記電歪複合材料の上下表面に別々にシリコーンゴム層を形成してサンドイッチ構造を形成する。前記シリコーンゴム層と前記電歪複合材料の間の高分子基材の成分が同じであるため、前記シリコーンゴム層と前記電歪複合材料が接触面でよく結合することができる。同じ厚さを有する電歪複合材料を形成する時、前記サンドイッチ構造の電歪複合材料は、比較的優れた電歪特性を保持することができるので、カーボンナノチューブと強化粒子の用量を減少させ、コストを節約することができる。なお、前記シリコーンゴム層が優れた絶縁性を有するため、絶縁を必要とする電歪複合材料に使われる。

Claims (6)

  1. フレキシブル高分子基材と、
    前記フレキシブル高分子基材の中に分散された複数のカーボンナノチューブと、
    前記フレキシブル高分子基材の中に分散された複数の強化粒子と、
    を備えていることを特徴とする電歪複合材料。
  2. 前記複数のカーボンナノチューブの重量パーセントが0.1〜10wt%であることを特徴とする請求項1に記載の電歪複合材料。
  3. 前記複数の強化粒子の重量パーセントが1〜10wt%であることを特徴とする請求項1に記載の電歪複合材料。
  4. 前記複数のカーボンナノチューブは、前記フレキシブル高分子基材の中に均一に分布され、且つ互いに連接されて複数の導電ネットワークを形成していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電歪複合材料。
  5. 複数のカーボンナノチューブと、複数の強化粒子と、ポリマー前駆体とを提供する第一ステップと、
    前記複数のカーボンナノチューブと、前記複数の強化粒子と、前記ポリマー前駆体と、を混合して混合物を形成する第二ステップと、
    前記混合物におけるポリマー前駆体を重合させる第三ステップと、
    を備えていることを特徴とする電歪複合材料の製造方法。
  6. 前記第二ステップは、
    前記ポリマー前駆体を揮発性溶剤に混合してポリマー前駆体の溶液を形成する第一サブステップと、
    前記複数のカーボンナノチューブ及び前記複数の強化粒子を、前記ポリマー前駆体の溶液に入れて混合溶液を形成する第二サブステップと、
    前記混合溶液の中の溶剤を揮発させる第三サブステップと、
    を備えていることを特徴とする請求項5に記載の電歪複合材料の製造方法。
JP2009142324A 2008-06-13 2009-06-15 電歪複合材料及びその製造方法 Active JP5086308B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008100677257A CN101604727B (zh) 2008-06-13 2008-06-13 电致伸缩复合材料及其制备方法
CN200810067725.7 2008-06-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009298691A true JP2009298691A (ja) 2009-12-24
JP5086308B2 JP5086308B2 (ja) 2012-11-28

Family

ID=41470351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009142324A Active JP5086308B2 (ja) 2008-06-13 2009-06-15 電歪複合材料及びその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US8354772B1 (ja)
JP (1) JP5086308B2 (ja)
CN (1) CN101604727B (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015209373A (ja) * 2014-04-24 2015-11-24 ツィンファ ユニバーシティ カーボンナノチューブ複合膜、その製造方法、及びそれを利用した薄膜トランジスタ
US9559318B2 (en) 2014-04-24 2017-01-31 Tsinghua University Thin film transistor
US10347855B2 (en) 2014-04-24 2019-07-09 Tsinghua University Method of making carbon nanotube composite layer

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102044627A (zh) * 2009-10-22 2011-05-04 清华大学 电致伸缩复合材料及电致伸缩元件
CN101840991B (zh) 2010-04-30 2012-01-25 清华大学 电致动结构及电致动元件
US8803406B2 (en) * 2010-11-30 2014-08-12 KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) Flexible nanocomposite generator and method for manufacturing the same
CN102856495B (zh) * 2011-06-30 2014-12-31 清华大学 压力调控薄膜晶体管及其应用
KR101636908B1 (ko) * 2014-05-30 2016-07-06 삼성전자주식회사 신축성 열전 복합체 및 이를 포함하는 열전소자
CN105336841B (zh) * 2014-07-23 2018-08-17 清华大学 电热致动器
CN105336846B (zh) * 2014-07-23 2018-11-09 清华大学 电热致动复合材料及电热致动器
JP2016086049A (ja) * 2014-10-24 2016-05-19 セイコーエプソン株式会社 パッケージ、パッケージの製造方法、電子デバイス、電子機器及び移動体
CN105061713A (zh) * 2015-07-22 2015-11-18 东莞市吉鑫高分子科技有限公司 一种具有电致伸缩性能的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用
CN106633806A (zh) * 2016-09-30 2017-05-10 无锡市明盛强力风机有限公司 一种电致伸缩性复合材料及其制备方法和应用
IT201600118202A1 (it) 2016-11-22 2018-05-22 Atom Spa Materiale composito con proprietà elettrostrittive per un dispositivo di recupero di energia meccanica
CN107141770A (zh) * 2017-06-26 2017-09-08 俞秀英 一种电致伸缩性复合材料及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11241903A (ja) * 1997-12-26 1999-09-07 Toyoaki Kimura 導電性粒子―高分子系による歪みセンサ―
JP2002070938A (ja) * 2000-08-25 2002-03-08 Shimadzu Corp 圧電制振材料
JP2008027919A (ja) * 2000-06-21 2008-02-07 E I Du Pont De Nemours & Co 電子電界エミッタ製造用ペースト及びその使用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2799910B2 (ja) 1991-03-01 1998-09-21 シーシーアイ株式会社 制振複合体及びその製造方法
US6812624B1 (en) 1999-07-20 2004-11-02 Sri International Electroactive polymers
US7588699B2 (en) * 2001-11-02 2009-09-15 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Electrically conductive, optically transparent polymer/carbon nanotube composites and process for preparation thereof
CN1224115C (zh) * 2002-07-12 2005-10-19 清华大学 以有机高分子为粘结剂的三元复合磁电材料及其制备方法
US7317047B2 (en) * 2002-09-24 2008-01-08 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electrically conducting organic polymer/nanoparticle composites and methods for use thereof
JP4732876B2 (ja) 2005-11-30 2011-07-27 株式会社日立製作所 アクチュエータ、アクチュエータモジュールおよびアクチュエータモジュール製造方法
US20110001398A1 (en) * 2006-11-08 2011-01-06 Usa As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Carbon Nanotube Film Electrode and an Electroactive Device Fabricated with the Carbon Nanotube Film Electrode and a Method for Making Same
KR101285415B1 (ko) 2007-05-22 2013-07-11 (주)탑나노시스 압전 복합 소재
US8211969B2 (en) * 2007-10-10 2012-07-03 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Dispersions of carbon nanotubes in copolymer solutions and functional composite materials and coatings therefrom

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11241903A (ja) * 1997-12-26 1999-09-07 Toyoaki Kimura 導電性粒子―高分子系による歪みセンサ―
JP2008027919A (ja) * 2000-06-21 2008-02-07 E I Du Pont De Nemours & Co 電子電界エミッタ製造用ペースト及びその使用
JP2002070938A (ja) * 2000-08-25 2002-03-08 Shimadzu Corp 圧電制振材料

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015209373A (ja) * 2014-04-24 2015-11-24 ツィンファ ユニバーシティ カーボンナノチューブ複合膜、その製造方法、及びそれを利用した薄膜トランジスタ
US9559319B2 (en) 2014-04-24 2017-01-31 Tsinghua University Carbon nanotube composite layer
US9559318B2 (en) 2014-04-24 2017-01-31 Tsinghua University Thin film transistor
US10347855B2 (en) 2014-04-24 2019-07-09 Tsinghua University Method of making carbon nanotube composite layer

Also Published As

Publication number Publication date
US20130026410A1 (en) 2013-01-31
CN101604727A (zh) 2009-12-16
CN101604727B (zh) 2011-01-26
JP5086308B2 (ja) 2012-11-28
US8354772B1 (en) 2013-01-15
US20130082423A1 (en) 2013-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5086308B2 (ja) 電歪複合材料及びその製造方法
Ying et al. Tailoring highly ordered graphene framework in epoxy for high-performance polymer-based heat dissipation plates
Ma et al. Highly thermal conductivities, excellent mechanical robustness and flexibility, and outstanding thermal stabilities of aramid nanofiber composite papers with nacre-mimetic layered structures
US8253300B2 (en) Electrostrictive composite and method for making the same
Wu et al. Epoxy composites with high cross-plane thermal conductivity by constructing all-carbon multidimensional carbon fiber/graphite networks
Zhang et al. Recent progress on thermal conductive and electrical insulating polymer composites
Zheng et al. Highly stable and conductive microcapsules for enhancement of joule heating performance
Li et al. Ultrahigh thermal conductivity of assembled aligned multilayer graphene/epoxy composite
Liu et al. Cross‐stacked superaligned carbon nanotube films for transparent and stretchable conductors
Yun et al. Compliant silver nanowire‐polymer composite electrodes for bistable large strain actuation
Huang et al. Ultrarobust photothermal materials via dynamic crosslinking for solar harvesting
US9054312B2 (en) Method for making electrostrictive composite
De La Osa et al. Printing of graphene nanoplatelets into highly electrically conductive three-dimensional porous macrostructures
Jian et al. 3D BaTiO3 flower based polymer composites exhibiting excellent piezoelectric energy harvesting properties
Sun et al. Highly elastic and ultrathin nanopaper-based nanocomposites with superior electric and thermal characteristics
Li et al. Thermal interface materials with both high through-plane thermal conductivity and excellent elastic compliance
JP2010519162A (ja) 伝導性フィルムを調製するためのプロセスおよびそのプロセスを用いて調製した物品
US8063730B2 (en) Thermistor and electrical device employed with same
Zhao et al. A biaxial stretchable, flexible electric heating composite film for de-icing
Li et al. Recyclable thermally conductive poly (butylene adipate‐co‐terephthalate) composites prepared via forced infiltration
TWI441366B (zh) 電致動材料及電致動元件
CN108891108B (zh) 一种高驱动应变的电致驱动弹性体及其制备方法
TWI398972B (zh) 電致伸縮複合材料及其製備方法
TWI382047B (zh) 電致伸縮複合材料及其製備方法
TWI323028B (en) Carbon nanotube composite and method for making same

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120410

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120710

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120807

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120906

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5086308

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250