誘電性電気活性ポリマーを使ったソフトトランスデューサー
ソフトトランスデューサとは？
エラストマーを用いたアクチュエータやセンサーなどのデバイスは様々な新しい用途への展開が期待されています。誘電性のエラストマーやゲルは、その弾性や柔らかさを活かしてソフトトランスデューサの主要な構成要素として重要な役割を果たします。誘電性エラストマーやゲルの変形を利用してエネルギーを変換（電気エネルギーを機械的な仕事に変換）することで、他のトランスデューサと比較して以下のようなメリットが期待できます。
- 軽量化
- 機械的な伸展性
- 設計の自由度
- 静音性
ソフトトランスデューサーが応用できる用途には、以下の様なものが含まれます。家電製品、車載電子機器、ゲーム、環境発電 (エナジーハーベスト) 、ロボティクス、人工筋肉、インフラ、マットレス、スピーカー、電動歯ブラシ。
材料比較とダウの注力分野
材料には、それぞれ固有のアクチュエーションおよび応力特性があり、用途に合った材料を選択する必要があります。誘電性電気活性ポリマー＝Dielectric ElectroActive Polymer (DEAP)の強みはより大きなアクチュエーションひずみであり、特にアクチュエーター用途において優位性があります。
| アクチュエータ | 電力密度 KW * kg-1 | 作動効率 | サイズ/em3 | ストレス/MP | ひずみ/% | 相対速度 | 設計の自由度 |
| 剥離 | 10-2-100 | ~0.9 | ≥10-1 | 10-1-100 | 10-1-102 | 高速、 | 良い |
| 油圧 | 100～101 | >0.9 | 100-104 | 100-102 | 10-3-100 | 中 | 悪い |
| 空気圧 | 10-2-102 | ~0.4 | 100-104 | 100～101 | 10-1-100 | 中 | 悪い |
| 可動コイル | 10-2-100 | 約0.8 | 101-103 | 10-2 | 100 | 中～高速 | 悪い |
| プレゾ | 100-106 | >0.85 | 10-2-102 | 100～101 | 10-2-100 | 高速、 | 標準 |
| SMA | 10-2-101 | <0.1 | 100～101 | 102 | 100 | 低速 | 標準 |
| IPMC | 10-4-10-2 | <0.1 | ≥10-1 | 10-2-10-1 | 100 | 低中 | 標準 |
| 天然筋 | 10-1-100 | <0.75 | 10-7-10-1 | 10-2-10-1 | 101 | 中 | - |
ソフトアクチュエータの原理
DEAPを用いたソフトアクチュエーターの最も単純なモデルは、2つの電極の間に薄いエラストマーフィルムを挟んだものです。エラストマーフィルムの両面に電圧をかけると、マクスウェル圧力により面方向に伸び、厚み方向に縮みます。
ソフトセンサーの原理
DEAPを使ったソフトセンサーはひずみセンサーの一種と言えます。エラストマーフィルムを機械的に変形させると静電容量が変化します。この静電容量の変化を測定することで、異なるレベルの外力を検出することができます。
なぜシリコーン系誘電性電気活性ポリマー(DEAP)?
研究開発の初期段階では、DEAPとしてポリアクリレートやポリウレタンが人気の素材でした。最近では以下のような利点からシリコーンが最も有望な素材として注目されています。
- 動作電圧が低い
- 動きが大きい
- 粘弾性が低く、応答が速い
- 耐久性、信頼性、過酷な環境での安定した動作(高湿度、温度など)
シリコーン 高誘電率 | シリコーン（従来品） | ポリウレタン | ポリアクリレート | |
| 高誘電率 | 優れた | 標準 | 優れた | 良い |
| 濡れやすさ | 標準 | 標準 | 優れた | 優れた |
| 湿気安定性 | 優れた | 優れた | 悪い | 悪い |
| 使用温度 | 優れた | 優れた | 悪い | 悪い |
| 粘弾性の無さ | 良い | 優れた | 標準 | 悪い |
| 応答速度 | 良い | 優れた | 標準 | 悪い |
| 引裂強度 | 標準 | 標準 | 優れた | 優れた |
ダウの技術と持続可能なソリューション
誘電性エラストマーやゲルに関する深い知識と長年の経験により、製品の性能を向上させ、お客様の技術・製品開発を加速させることができます。シリコーンはソフトトランスデューサに適した優れた特性が認められています。シリコーン系の誘電性エラストマーやゲル製品を、お客様の特定の用途ニーズに合わせてカスタマイズすることができます。また、シリコーン材料と有機材料の科学を補完的に活用することにより、ソフトトランスデューサの材料科学を発展させることができます。
- 分子構造の設計・合成
- 製品処方・複合材料の開発
- 機械・電気特性の最適化
- トータルソリューションの提案
- 誘電性エラストマー
- 誘電性ゲル
- 電極
- 接着剤
- 導電性接着剤
- 薄膜製造を含むプロセスサポート
- 基本的な電気機械性能の評価
| ダウ製品 | 用途 | 特長 |
| ME-7540 | 電気活性ポリマー | 高誘電率 |
| SYLGARD 184 | 電気活性ポリマー | 迅速な応答速度 |
| ME-1800 | 導電性接着剤 | 高い導電性 |
| OS-20 | DEAP または電極印刷用希釈剤 | シリコーン希釈に最適 |
ソフトアクチュエータの構造
ダウの技術や製品はどこで使用されている？
DEAPアクチュエータ製造プロセス
シリコーン系誘電性電気活性ポリマー(DEAP)?を用いたソフトトランスデューサ。シリコーンDEAPフィルムを用いたアクチュエータの製造プロセスおよび組み立て構造例。
実験動画（単層アクチュエータ）
シリコーン系誘電性電気活性ポリマー(DEAP)?を用いたソフトトランスデューサ。実際の撮影過程のラボ動画。
当社は、あらゆる課題に取り組むため、当社の専門家やリソースと皆様を結びつけることに尽力しています。