柔软导电材料和转换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用高分子材料的适于柔软的转换器的电极、布线等的柔软导电材 料。
【背景技术】
[0002] 利用弹性体等高分子材料，正在开发柔软性高、小型且轻量的转换器。这种转换器 例如通过在电极间安装弹性体制的介电层而构成。使电极间的施加电压变化时，介电层发 生伸缩。因此，在柔软的转换器中，要求电极、布线中也具有能够追随介电层的变形的伸缩 性。作为能够伸缩的电极和布线的材料，例如如专利文献1所述那样，已知有在弹性体中配 混有碳纳米管等导电剂的导电材料。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2009-227985号公报
[0006] 专利文献2 :国际公开第2007/052739号
[0007] 专利文献3 :日本特开2010-192296号公报
[0008] 专利文献4 :日本特开2013-36021号公报
[0009] 专利文献5 :日本特开2004-331777号公报
[0010] 专利文献6 :日本特开2008-156560号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012] 碳纳米管的长径比（长度/直径）大。因此，使用碳纳米管作为导电剂时，可以在 基质中形成致密的导电通路，与使用炭黑等的情况相比，可以体现高的导电性。然而，碳纳 米管由于长径比大，因此容易聚集。因此，存在难以使碳纳米管均匀地分散于基质中，无法 得到期望的导电性的问题。
[0013] 如上述专利文献2~6所述那样，一直以来，尝试提高碳纳米管对溶剂、基质的分 散性。例如，专利文献2中公开了，利用芳香族聚酰亚胺的碳纳米管的增溶剂。然而，芳香 族聚酰亚胺具有刚直的结构，因此缺乏柔软性。因此，芳香族聚酰亚胺单独无法作为柔软的 导电材料的基质来使用。另外，芳香族聚酰亚胺与弹性体的相容性差。因此，也难以与弹性 体混合而使用。
[0014] 另外，专利文献6中公开了，含有碳纳米管的酰亚胺改性弹性体。然而，专利文献6 所述的酰亚胺改性弹性体为用于图像形成装置的转印带等的材料。作为带用的材料，只要 能够弯曲就为充分，若具有伸缩性，则反而成为问题。因此，作为弹性体成分，如结晶性高的 聚氨酯所列举那样，专利文献6所述的酰亚胺改性弹性体缺乏柔软性。此外，带用的材料具 有用于抗静电的导电性即可。因此，专利文献6所述的酰亚胺改性弹性体没有必要具有电 极、布线的材料所要求的导电性。
[0015] 本发明是鉴于这样的实际情况而作出的，问题在于，提供包含碳纳米管的导电剂 的分散性良好、对伸缩的基材的追随性优异的柔软导电材料。另外，问题在于，提供不易产 生由电极、布线引起的性能降低、耐久性优异的转换器。
[0016] 用于解决问题的方案
[0017] 1)为了解决上述问题，本发明的柔软导电材料的特征在于，在基质中分散有包含 碳纳米管的导电剂，所述基质包含多环芳香族成分和低聚物成分进行酰胺键合或酰亚胺键 合而得到的聚合物、且玻璃化转变温度为20°C以下。
[0018] 本发明的柔软导电材料的基质包含多环芳香族成分和低聚物成分进行酰胺键合 或酰亚胺键合而得到的聚合物（以下，适当称为"聚合物"）。聚合物的多环芳香族成分与 碳纳米管的亲和性优异。由此，可抑制碳纳米管的聚集，分散性得以提高。因此，本发明的 柔软导电材料中，导电剂的配混量即使为较少量，也可以通过长径比大的碳纳米管的高分 散而得到高导电性。
[0019] 另外，聚合物包含低聚物成分、且基质的玻璃化转变温度为20°C以下。因此，基质 是柔软的。另外，通过选择与低聚物成分相容的弹性体，也可以将聚合物和弹性体混合而构 成基质。上述情况下，基质的柔软性进一步得以提高。如此，本发明的柔软导电材料具有高 导电性，对伸缩的基材的追随性优异。另外，由于长径比大的碳纳米管被高分散，因此在伸 长时也不易阻断导电通路、不易增加电阻。
[0020] (2)本发明的转换器的特征在于，具备：聚合物制的介电层、夹着该介电层而配置 的多个电极和分别与多个该电极连接的布线，该电极和该布线的至少一者由上述（1)方案 的柔软导电材料形成。
[0021] 转换器为将某种类的能量转化为其他种类的能量的装置。转换器包括：进行机械 能和电能的转化的致动器、传感器、发电元件等、或进行音响能和电能的转化的扬声器、麦 克风等。
[0022] 对于由本发明的柔软导电材料构成的电极、布线，其柔软且具有高导电性，伸长时 也不易增加电阻。因此，利用本发明的转换器，介电层的动作难以受到电极、布线限制。另 外，即使重复伸缩，也不易增加电极、布线的电阻。因此，本发明的转换器中，不易产生由电 极、布线引起的性能的降低。由此，本发明的转换器的耐久性优异。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的转换器的第一实施方式即致动器的截面示意图，图1的（a)表示 电压断开状态，图1的（b)表示电压接通状态。
[0024] 图2为实施例2的导电材料的显微镜图像（倍率100倍）。
[0025] 图3为比较例1的导电材料的显微镜图像（倍率100倍）。
[0026] 图4为实施例2和比较例1的导电涂料的照片（左侧为比较例1的导电涂料、右 侧为实施例2的导电涂料）。
[0027] 图5为实施例2的聚合物膜的显微镜图像（倍率1000倍）。
[0028] 图6为比较例2的聚合物膜的显微镜图像（倍率1000倍）。
[0029] 图7为示出实施例1、6、10、14、18、19和比较例3~6的导电材料中的体积电阻率 相对于伸长率的变化的图。
[0030] 附图标iP,说明
[0031] 1 :致动器（转换器）、
[0032] 10:介电层、
[0033] 11a、lib:电极、
[0034] 12a、12b:布线、
[0035] 13:电源。
【具体实施方式】
[0036] 〈柔软导电材料〉
[0037] 本发明的柔软导电材料在基质中分散有包含碳纳米管的导电剂。该基质包含多环 芳香族成分和低聚物成分进行酰胺键合或酰亚胺键合而得到的聚合物、且玻璃化转变温度 为20°C以下。
[0038] 聚合物的多环芳香族成分具有包含芳香环的多个环结构。环的数量和排列没有特 别限定。多环芳香族成分期望具有例如苯环、萘环、蒽环、菲环、芘环、茈环、并四苯环中的任 一者。考虑聚合物的柔软性时，苯环连接的联苯结构、具有萘环的结构是适合的。
[0039] 与多环芳香族成分进行酰胺键合或酰亚胺键合的低聚物成分的重均分子量从使 聚合物体现柔软性的观点出发，期望为1〇〇以上且10万以下。为1万以上时更适合。例如， 从使基质柔软的观点出发，与根据需要配混的丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚 氨酯橡胶、丙烯酸类橡胶、环氧氯丙烷橡胶、氟橡胶、丁苯橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、 丁基橡胶、硅橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、聚醚、天然橡胶中的 任一者相容是适合的。
[0040] 玻璃化转变温度（Tg)越低聚合物的柔软性越高。因此，聚合物的Tg越低基质变 得越柔软。聚合物的Tg期望为20°C以下、适合地为10°C以下、进而为0°C以下。
[0041] 基质可以仅由聚合物构成，也可以在聚合物的基础上包含其他弹性体而构成。在 后者的情况下，作为弹性体，可以从交联橡胶或热塑性弹性体中，选择对聚合物、具体而言 聚合物中所含的低聚物成分的相容性良好的弹性体。作为弹性体，可以使用选自丁腈橡胶、 氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸类橡胶、环氧氯丙烷橡胶、氟橡胶、丁苯 橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯 三元共聚物、天然橡胶中的一种以上。可以仅单纯混合聚合物和弹性体，但在聚合物具有羟 基等官能团时，也可以使聚合物和弹性体进行交联。
[0042] 本说明书中，如下那样判断聚合物和弹性体的相容性的好坏。首先，选择能够溶解 弹性体聚合物的溶剂，制备在该溶剂中溶解有聚合物和弹性体聚合物的聚合物溶液。接着， 将制备好的聚合物溶液涂布于基材表面，进行加热等使涂膜干燥。然后，将所得聚合物膜 用显微镜观察，观察有无聚合物发生了分离的部分（分离部）。此处，如果观察到最大长度 为1μm以上的分离部，则判断为相容性不良，如果没有观察到最大长度为1μm以上的分离 部，则判断为相容性良好，即聚合物和弹性体相容。
[0043] 导电剂包含碳纳米管。碳纳米管可以为单层、多层均可。其中，通过SuperGrowth 法制造的单层碳纳米管（SGCNT)的长度为数百μπι~数mm左右，具有更大的长径比。因 此，即使使用少量SGCNT时也可以得到高导电性。作为导电剂，在碳纳米管的基础上，还可 以单独使用或混合2种以上的炭黑、石墨等导电性碳粉末、或选自银、金、铜、镍、铑、钯、铬、钛、铂、铁和它们的合金等金属粉末等中的一种来使用。
[0044] 导电剂的配混量可以考虑柔软导电材料的柔软性和导电性来