反应性离子液体和使用其的离子固定化金属氧化物颗粒、离子固定化弹性体以及转换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及反应性离子液体和使用其的离子固定化金属氧化物颗粒、离子固定化 弹性体以及转换器。
【背景技术】
[0002] 在转换器当中，有进行机械能与电能的转换的致动器（actuator)、传感器、发电元 件等；或者进行声能与电能的转换的扬声器、麦克风等。为了构成柔软性高、小型且轻量的 转换器，介电弹性体等高分子材料是有用的。
[0003] 例如，在由介电弹性体制成的介电膜的厚度方向两面配置一对电极，可以构成致 动器。对于这种致动器，增大向电极间施加的电压时，电极间的静电引力变大。因此，夹在 电极间的介电膜自厚度方向被压缩，介电膜的厚度变薄。膜厚变薄时，介电膜沿平行于电极 面的方向伸长相应的量。另一方面，减少向电极间施加的电压时，电极间的静电引力变小。 因此，自厚度方向作用于介电膜的压缩力变小，膜厚因介电膜的弹性恢复力而变厚。膜厚变 厚时，介电膜沿平行于电极面的方向收缩相应的量。如此，致动器通过使介电膜伸长、收缩 而使得驱动对象构件驱动。
[0004] 从增大自致动器输出的力和位移量的观点出发，理想的是，介电膜具有以下的特 性。即，相对介电常数大至在施加电压时能够向介电膜的内部蓄积大量的电荷；耐绝缘击穿 性优异至能够耐受高电场；柔软性高至能够进行重复伸缩等。因此，作为介电膜的材料，大 多使用耐绝缘击穿性优异的硅橡胶、相对介电常数大的丙烯酸类橡胶、丁腈橡胶等（例如 参照专利文献1、2)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特表2003-506858号公报
[0008] 专利文献2 :日本特表2001-524278号公报
[0009] 专利文献3 :日本特开2011-201104号公报
【发明内容】
[0010] 发明耍解决的问题
[0011] 此处，硅橡胶以硅氧烷键作为骨架。因而电阻大。因此，对于由硅橡胶制成的介电 膜，即使施加大的电压也不易发生绝缘击穿。然而，硅橡胶的极性小。也就是说相对介电常 数小。因此，使用由硅橡胶制成的介电膜来构成致动器时，相对于施加电压的静电引力小。 因此，无法利用实用的电压来获得期望的力和位移量。
[0012] 另一方面，丙烯酸类橡胶、丁腈橡胶的相对介电常数比硅橡胶的相对介电常数大。 因此，在介电膜的材料中使用丙烯酸类橡胶等时，相对于施加电压的静电引力与使用硅橡 胶时相比变大。然而，丙烯酸类橡胶等的电阻比硅橡胶小。因此，介电膜容易发生绝缘击 穿。此外，施加电压时电流会在介电膜中流通（所谓的漏电流），电荷难以贮留在介电膜与 电极的界面附近。因此，尽管相对介电常数大，但静电引力变小，无法获得充分的力和位移 量。进而，电流在介电膜中流通时，存在介电膜因所产生的焦耳热而被破坏的担心。
[0013] 由上可见，通过一种材料来实现满足产生力和耐绝缘击穿性的介电膜是困难的。 因此，正在研宄利用多种材料来实现满足产生力和耐绝缘击穿性的介电膜。
[0014] 例如，在专利文献3中，作为介电膜的结构，提出了将包含弹性体和离子成分的含 离子层、与包含弹性体且具有比该含离子层大的体积电阻率的高电阻层层叠而成的结构。
[0015] 然而，在专利文献3所记载的技术中，含离子层的离子容易向高电阻层移动，因 此，存在发生高电阻层的绝缘击穿的担心。因此，在这样的技术方案中，谋求能使含离子层 的离子不会向高电阻层移动的方法。
[0016] 本发明是鉴于上述情况而做出的，本发明所要解决的问题在于，提供作为离子成 分的反应性离子液体，其被包含在与作为转换器的介电层的高电阻层相接触地形成的含离 子层中、且在施加电压时向高电阻层的移动受到抑制。此外，提供使用了其的离子固定化金 属氧化物颗粒、离子固定化弹性体以及转换器。
[0017] 用于解决问题的方案
[0018] 为了解决上述问题，本发明的反应性离子液体的主旨在于，其包含以下的阴离子 成分与阳离子成分的离子对。
[0019] (a)阳呙子成分：
[0020] (al)为咪唑鑰阳离子或者季铵阳离子，
[0021] (a2)具有烷氧基甲硅烷基或者膦酸酯基作为反应性基团；
[0022] (b)阴离子成分：
[0023] (bl)为磺酸根阴离子、磺酰亚胺阴离子或者硝基苯甲酸根阴离子。
[0024] 此处，作为阳离子成分，可示出包含下述通式（1)~（3)中的任意者所记载的结构 的物质作为适合的成分。
【主权项】
1. 一种反应性离子液体，其特征在于，其包含以下的阴离子成分与阳离子成分的离子 对， (a) 阳尚子成分： (al)为咪唑鑰阳离子或者季铵阳离子， (a2)具有烷氧基甲硅烷基或者膦酸酯基作为反应性基团； (b) 阴离子成分： (bl)为磺酸根阴离子、磺酰亚胺阴离子或者硝基苯甲酸根阴离子。
2. 根据权利要求1所述的反应性离子液体，其特征在于，所述阳离子成分包含下述通 式（1)~（3)中的任意者所记载的结构，
式（1)~（3)中，R1-R11表示直链状或者支链状的烷基；1^~R η的烷基中任选包含 杂原子，多个&的一部分或者全部任选为与其他烷基不同的烷基。
3. -种离子固定化金属氧化物颗粒，其特征在于，介由权利要求1或2所述的反应性离 子液体的阳离子成分所具有的反应性基团与金属氧化物颗粒中所含的羟基反应而形成的 Si-O键或者P-O键，将离子液体的阳离子成分固定于金属氧化物颗粒。
4. 一种离子固定化弹性体，其特征在于，介由权利要求3所述的离子固定化金属氧化 物颗粒所具有的羟基与具有能和羟基反应的官能团的弹性体的官能团反应而形成的键，将 离子固定化金属氧化物颗粒固定于弹性体。
5. -种转换器，其特征在于，其具备：包含弹性体且体积电阻率为10 13Ω ·_以上的高 电阻介电层、以及配置在该高电阻介电层的正反两侧的一对电极， 所述高电阻介电层与正电极之间夹设有由权利要求4所述的离子固定化弹性体形成 的离子固定化层。
【专利摘要】本发明提供呈以下离子成分形式的反应性离子液体，其被包含在与作为转换器的介电层的高电阻层相接触地形成的含离子层中、且在施加电压时向高电阻层的移动受到抑制。制成包含以下阴离子成分与阳离子成分的离子对的反应性离子液体。其中，(a)阳离子成分：(a1)为咪唑鎓阳离子或者季铵阳离子；(a2)具有烷氧基甲硅烷基或者膦酸酯基作为反应性基团。(b)阴离子成分：(b1)为磺酸根阴离子、磺酰亚胺阴离子或者硝基苯甲酸根阴离子。
【IPC分类】C08K9-04, C07F9-6506, C08L21-00, C07F7-18
【公开号】CN104854115
【申请号】CN201480003518
【发明人】高松成亮, 小久保阳太, 桥本和信, 吉川均, 高原淳, 松野亮介, 大塚英幸
【申请人】住友理工株式会社, 国立大学法人九州大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年3月19日
【公告号】EP2860183A1, EP2860183A9, US20150137666, WO2014156876A1