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CN104950418A - 聚合物元件、电子设备、相机模块和成像装置 - Google Patents

聚合物元件、电子设备、相机模块和成像装置 Download PDF

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CN104950418A CN201510130592.3A CN201510130592A CN104950418A CN 104950418 A CN104950418 A CN 104950418A CN 201510130592 A CN201510130592 A CN 201510130592A CN 104950418 A CN104950418 A CN 104950418A
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Abstract

本申请公开了一种聚合物元件以及使用这种聚合物元件的电子设备、相机模块和成像装置。聚合物元件包括一对电极层和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料，所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。因为在表面设置有第一孔且在多孔碳材料的第一孔和第二孔之中第一孔最大，所以离子容易进入第一孔、穿过第一孔并被吸附到第二孔，由此获得了具有高级别特性的聚合物元件以及使用这种聚合物元件的电子设备、相机模块和成像装置。

Description

聚合物元件、电子设备、相机模块和成像装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年3月31日提出申请的日本专利申请JP2014-071353的优先权，在此结合其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种诸如聚合物致动器元件或聚合物传感器元件之类的聚合物元件以及使用这种聚合物元件的电子设备、相机模块和成像装置。
背景技术
近年来，例如在增加诸如移动电话、个人电脑(PC)或个人数字助理(PDA)之类的便携式电子设备的功能性方面获得了显著的发展，并且通过安装相机模块而具有成像功能的便携式电子设备变得很普遍。在这种便携式电子设备中，通过在透镜的光轴方向上移动相机模块内的透镜来执行调焦或变焦。
在现有技术中，使用音圈马达、步进马达等作为驱动部来移动相机模块内的透镜的方法很普遍。另一方面，从小型化的观点看，近来已提出了使用预定致动器元件作为驱动部的便携式电子设备。这种致动器元件的例子包括聚合物致动器元件。聚合物致动器元件例如在一对电极层之间插入离子传导性高分子层(以下简称为高分子层)。例如，高分子层包含水、离子液体或高沸点有机溶剂。在这种聚合物致动器元件中，通过在所述一对电极层之间施加电场，离子在高分子层中移动并产生移位。由于该原因，聚合物致动器元件的操作特性，如移位量、响应速度等大大依赖于离子的传导环境。因而，除了用作聚合物致动器元件之外，聚合物元件还可用作聚合物传感器元件、双电层电容器、二次电池等。
例如，多孔碳材料可用于聚合物元件的电极层(例如，日本未审专利申请公开号2010-93954等)。例如，专注于这种聚合物元件中的多孔碳材料的比表面积并改善其性能的方法已得到检验。
发明内容
然而，即使当多孔碳材料的比表面积增加时，聚合物元件的特性也不能得到充分改善。
希望提供一种具有高级别特性的聚合物元件以及使用这种聚合物元件的电子设备、相机模块和成像装置。
根据本发明一实施方式，提供了第一聚合物元件，包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，其中所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
根据本发明另一实施方式，提供了第一电子设备，包括：聚合物元件，所述聚合物元件包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，其中所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
根据本发明再一实施方式，提供了第一相机模块，包括：透镜；和使用聚合物元件构成并驱动所述透镜的驱动装置，其中所述聚合物元件包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
根据本发明再一实施方式，提供了第一成像装置，包括：透镜；获取由所述透镜成像的成像信号的成像元件；和使用聚合物元件构成并驱动所述透镜或所述成像元件的驱动装置，其中所述聚合物元件包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
在本发明的第一聚合物元件、第一电子设备、第一相机模块或第一成像装置中，因为在表面中设置有第一孔且在多孔碳材料的第一孔和第二孔之中第一孔最大，所以离子容易进入第一孔。离子穿过第一孔并被吸附到第二孔。
根据本发明再一实施方式，提供了第二聚合物元件，包括：一对电极层；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，其中所述一对电极层中的至少一个电极层包含：多孔碳材料，和金属氧化物。
根据本发明再一实施方式，提供了第二电子设备，包括：聚合物元件，所述聚合物元件包括一对电极层和设置在所述一对电极层之间的高分子层，其中所述一对电极层中的至少一个电极层包含：多孔碳材料，和金属氧化物。
根据本发明再一实施方式，提供了第二相机模块，包括：透镜；和使用聚合物元件构成并驱动所述透镜的驱动装置，其中所述聚合物元件包括：一对电极层，和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含：多孔碳材料，和金属氧化物。
根据本发明再一实施方式，提供了第二成像装置，包括：透镜；获取由所述透镜成像的成像信号的成像元件；和使用聚合物元件构成并驱动所述透镜或所述成像元件的驱动装置，其中所述聚合物元件包括：一对电极层，和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含：多孔碳材料，和金属氧化物。
在本发明的第二聚合物元件、第二电子设备、第二相机模块或第二成像装置中，因为电极层中包含金属氧化物，所以由于金属氧化物的氧化还原反应产生了离子。
因为根据本发明的第一聚合物元件、第一电子设备、第一相机模块或第一成像装置，在多孔碳材料的表面中设置有较大的第一孔，并且因为根据本发明的第二聚合物元件、第二电子设备、第二相机模块或第二成像装置，电极层包含金属氧化物，所以可改善其特性。注意，所述效果不必限于此，其可以是本发明中描述的任何效果。
附图说明
图1是显示根据本发明第一个实施方式的聚合物元件的构造的剖面图；
图2是显示图1的电极层中包含的多孔碳材料的构造的剖面示意图；
图3是显示图2中所示的多孔碳材料的构造的另一个例子的剖面示意图；
图4A是显示当未施加电压时图1中所示的聚合物元件的剖面图；
图4B是显示当施加电压时图1中所示的聚合物元件的操作的剖面示意图；
图5是显示根据一比较例的多孔碳材料的构造的剖面示意图；
图6是显示其中离子在图2所示的多孔碳材料中移动的状态的剖面示意图；
图7是显示图1中所示的聚合物元件的振幅的图表；
图8是显示根据一变形例的聚合物元件的构造的剖面图；
图9是显示根据本发明第二个实施方式的聚合物元件的构造的剖面图；
图10是显示图9中所示的聚合物元件的另一个例子的剖面图；
图11是显示图9中所示的聚合物元件的另一个例子的剖面图；
图12是显示图1中所示的聚合物元件的电极层界面的状态的剖面图；
图13是显示图9等中所示的聚合物元件的电极层界面的状态的剖面图；
图14是显示图9中所示的聚合物元件的振幅的图表；
图15是显示图9中所示的聚合物元件的最大速度的图表；
图16是显示根据本发明第三个实施方式的聚合物元件的构造的剖面图；
图17是显示图16中所示的聚合物元件的耐久性的图表；
图18是显示其中应用图1等中所示的聚合物元件的电子设备的构造示例的透视图；
图19是从不同方向显示图18中所示的电子设备的透视图；
图20是显示图19中所示的成像装置的主要构造的透视图；
图21是显示图20中所示的相机模块的分解透视图；
图22A是显示图20中所示的相机模块操作之前的状态的侧面示意图；
图22B是显示图22A中所示的相机模块操作之后的状态的剖面示意图；
图23是显示图19中所示的成像装置的另一个例子的剖面图；
图24A是显示图23中所示的成像装置操作之前的状态的侧面示意图；
图24B是显示图24A中所示的成像装置操作之后的状态的剖面示意图；
图25A是显示其中应用图1等中所示的聚合物元件的电子设备的构造示例的示意图；
图25B是显示图25A中所示的电子设备的另一个例子的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的实施方式。在此，将按照下面的顺序进行描述。
1.第一个实施方式(聚合物元件：其中电极层包含多孔碳材料的例子)
2.变形例(具有与电极层接触的低电阻层的例子)
3.第二个实施方式(聚合物元件：其中除多孔碳材料之外，电极层还包含金属氧化物的例子)
4.第三个实施方式(聚合物元件：其中电极层包含多孔碳材料和金属氧化物的例子)
5.应用例
应用例1(对设置有用于驱动透镜的驱动装置的成像装置的应用例)
应用例2(对设置有用于驱动成像元件的驱动装置的成像装置的应用例)
其他应用例
实施方式
聚合物元件10的构造
图1显示了根据本发明一实施方式的聚合物元件(聚合物元件10)的剖面构造示例(Z-X剖面构造示例)。聚合物元件10包括一对电极层12A和12B以及设置在所述一对电极层12A和12B之间的高分子层11。聚合物元件10可例如应用于聚合物致动器元件、聚合物传感器元件等。聚合物元件10的外围被绝缘保护膜覆盖(未示出)。绝缘保护膜例如由具有高弹性的材料(例如聚亚安酯等)构成。
高分子层11
高分子层11由例如浸渍有离子物质的离子传导性高分子化合物膜构成。在此所称的“离子物质”表示能够在高分子层11内传导的一般离子。详细地说，“离子物质”是指包含氢离子或纯金属离子(simple metalions)或其阳离子和/或阴离子，以及极性溶剂的物质，或者是指诸如咪唑鎓盐这样的本身为液体形式并包含阳离子和/或阴离子的物质。前者的例子包括在阳离子和/或阴离子中溶剂化有极性溶剂的物质，后者的例子包括离子液体。
离子物质可以是有机物质或无机物质，其类型没有限制。可在离子物质中包含阳离子或阴离子，然而，在此将描述其中离子物质中包含阳离子的情形。包含阳离子的离子物质的例子包括各种形式：包含有诸如纯金属离子之类的金属离子和水的物质、包含有机离子和水的物质、或者离子液体。详细地说，金属离子的例子包括轻金属离子，如钠离子(Na+)、钾离子(K+)、锂离子(Li+)或镁离子(Mg2+)。有机离子的例子包括烷基铵离子等。离子物质中包含的离子以水合物存在于高分子层11中。由于该原因，在聚合物元件10中，优选的是密封整个聚合物元件10，以防止水分蒸发。
离子液体包括阳离子和阴离子。离子液体是所谓的常温熔融盐，具有阻燃性和低挥发性。详细地说，离子液体的例子包括：咪唑环化合物、吡啶环化合物、脂肪族化合物等。优选使用离子液体作为离子物质。通过使用包含具有低挥发性的离子液体的高分子层11，即使在高温氛围或真空中，聚合物元件10仍可良好地进行操作。
如果在浸渍时把阳离子物质作为离子物质，则例如可使用阳离子交换树脂膜来作为所述离子传导性高分子化合物膜，所述阳离子交换树脂膜具有氟树脂、碳氢化合物系(hydrocarbon base)等作为骨架。阳离子交换树脂膜的例子包括：其中引入诸如砜(磺基)基团或羧基基团之类的酸性官能团的膜。具体的例子是，具有酸性官能团的聚乙烯、具有酸性官能团的聚苯乙烯、具有酸性官能团的氟树脂膜等。在上述物质之中，具有砜基团或羧基基团的氟树脂膜优选作为阳离子交换树脂膜，其例子包括Nafion(由Du PontKabushiki Kaisha制造)。
电极层12A和12B
电极层12A和12B每一个包含在高分子材料中的多孔碳材料(下面将描述的图2中的多孔碳材料121)。优选的是，在电极层12A和12B中均包含多孔碳材料121；然而，在电极层12A和12B的至少一个中包含多孔碳材料121就足够了。电极层12A和12B中的一个可包含多孔碳材料121，另一个可包含其他导电材料。
离子传导性高分子材料可用作所述高分子材料，具体地说，与高分子层11的组分材料相同的材料可用作所述高分子材料。离子通过离子传导性高分子材料在电极层12A和12B内传导。
图2示意性地显示了多孔碳材料121的剖面的结构。多孔碳材料121例如是多个粒子121P以及设置在每个粒子121P的表面和内部的多个孔(将在下面描述的大孔(macropores)121A、介孔(mesopores)121B和微孔(micropores)121C)的集合体。多孔碳材料121具有所谓分级的(hierarchical)多孔结构。详细地说，大孔121A(第一孔)设置在粒子121P的表面，介孔121B(第二孔)设置在粒子121P的内部，与大孔121A相通，微孔121C(第三孔)设置在粒子121P的内部，与介孔121B相通。就是说，从粒子121P的表面向着粒子121P的内部的方向按大孔121A、介孔121B和微孔121C的顺序设置有彼此相通的大孔121A、介孔121B和微孔121C。下面将详细描述。然而，由于该原因，离子(下面将描述的图6中的离子11I)容易进入大孔121A，且经由介孔121B从大孔121A被吸附到微孔121C的离子数量增加。
大孔121A、介孔121B和微孔121C例如大致为球形孔，它们的尺寸按大孔121A、介孔121B和微孔121C的顺序变小。例如，大孔121A的直径大于50nm，介孔121B的直径为2nm到50nm，微孔121C的直径小于2nm。就是说，孔的尺寸按照微孔121C、介孔121B和大孔121A的顺序变大。大孔121A和介孔121B相接，介孔121B和微孔121C相接。
在粒子121P的表面设置有进入大孔121A的开口121MA。在大孔121A中设置有进入介孔121B的开口121MB。在介孔121B中设置有进入微孔121C的开口121MC。离子按开口121MA、开口121MB和开口121MC的顺序穿过开口121MA、开口121MB和开口121MC并被吸附到微孔121C。离子可被吸附到介孔121B。优选的是，开口121MA(开口121MA的面积)最大，且开口121MB和开口121MC按开口121MB和开口121MC的顺序变小。例如，优选的是，开口121MC的宽度WC、开口121MB的宽度WB和开口121MA的宽度WA按宽度WC、宽度WB和宽度WA的顺序变大。例如，开口121MA的宽度WA的最大值为大孔121A的直径，开口121MB的宽度WB的最大值为介孔121B的直径，开口121MC的宽度WC的最大值为微孔121C的直径。
大孔121A、介孔121B和微孔121C的形状可以是任何形状，大孔121A、介孔121B和微孔121C中的一个孔(例如大孔121A)可具有与其他孔(例如介孔121B和微孔121C)不同的形状(图3)。
可在从粒子121P的表面向着粒子121P的内部的方向设置两个孔。例如，可在粒子121P的表面设置大孔121A，并可设置微孔121C与大孔121A相通。例如，可在粒子121P的表面设置介孔121B，并可设置微孔121C与介孔121B相通。例如，可在粒子121P的表面设置大孔121A，并可设置介孔121B与大孔121A相通。除了这种分级的孔之外，也可存在简单的孔等。
除了上述多孔碳材料之外，电极层12A和12B还可包含导电率比多孔碳材料的导电率高的物质作为导电物质。这种导电物质的例子包括金属粒子、导电性碳粒子、碳纤维、导电性高分子、金属氧化物等。金属粒子的例子包括金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铝(Al)、镍(Ni)等。这些金属可以以线型或纳米线型形成为包含在电极层12A和12B中。导电性碳粒子的例子包括碳纳米管、碳纳米线、碳纤维、石墨烯、Ketjenblack(注册商标)、碳黑等。导电性高分子的例子包括聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等。金属氧化物的例子包括基于氧化铟的化合物、基于氧化锌的化合物等。基于氧化铟的化合物例如是氧化铟锡(ITO)等，基于氧化锌的化合物例如是氧化铟锌(IZO)、掺杂铝的氧化锌(AZO)、掺杂镓的氧化锌(GZO)等。通过包含具有低电阻的导电物质的电极层12A和12B，可抑制电极层12A和12B的电阻增加。
制备聚合物元件10的方法
例如可如下制备本实施方式的聚合物元件10。
首先，通过混合用于电极层12A和12B的组分材料制备涂布材料。详细地说，例如准备诸如Nafion之类的全氟磺酸聚合物作为高分子材料。向所述高分子材料添加多孔碳材料121并在纯净水中混合。例如生物碳(bio-carbon)或人造多孔碳可用于具有分级的多孔结构的所述多孔碳材料121。生物碳是源于植物的碳材料，例如能够从诸如米(稻)、大麦、小麦、黑麦、日本稷子或粟子之类的谷壳、或者稻草获得。可选择地，可由芦苇、海藻茎干(stem seaweed)等生成生物碳。可使用生长在陆地上的维管植物、蕨类植物、苔藓类植物、藻类、海藻等作为生物碳的原料。例如，由植物的胞间层形成大孔121A，由细胞壁表面形成介孔121B和微孔121C。日本未审专利申请公开号2008-273816和日本未审专利申请公开号2010-104979中描述了用于生成具有分级的多孔结构的生物碳的方法。因为产生生物碳不需要复杂的步骤，所以优选使用生物碳作为多孔碳材料121。在人造多孔碳中，使用模板形成规则的分级的多孔结构。例如，使用诸如沸石、硅石或金刚砂之类的无机材料作为模板。还可使用有机前体形成具有分级的多孔结构的多孔碳材料121。可通过组合无机材料的模板和有机前体形成多孔碳材料121。利用这种人造多孔碳，可控制孔的大小、形状等。由此，可根据驱动离子的类型调整孔的设计来改善特性。
如此，将通过混合用于电极层12A和12B的组分材料而制备的涂布材料涂布在高分子层11的两个表面上并将其干燥。由此，完成聚合物元件10。用于电极层12A和12B的组分材料在混合之后可形成为膜，并通过将该膜按压(crimp)在高分子层11的两个表面上来形成聚合物元件10。例如，将Nafion用于高分子层11。
聚合物元件10的操作和效果
A.用作聚合物致动器元件时的基本操作
在本实施方式的聚合物元件10中，当在电极层12A和12B之间产生预定电位差时，高分子层11根据下述原理而产生变形(弯曲)。换句话说，在该情形中，聚合物元件10用作聚合物致动器元件。下面将描述聚合物元件10作为聚合物致动器元件的操作。
图4A和4B使用剖面图(Z-X剖面图)示意性显示了聚合物元件10的操作(作为聚合物致动器元件的操作)。下面将根据浸渍在高分子层11中的离子物质的类型，描述不同情形下的聚合物元件10的操作。
首先，将描述使用包含阳离子和极性溶剂的物质作为离子物质的情形。
在该情形中，在未施加电压的状态下，因为阳离子物质基本均匀分散在高分子层11中，所以聚合物元件10具有平面形式而没有弯曲(图4A)。在此，当图4B中所示的电压功能部9(在该情形中为电压供给部)设定电压施加状态(开始施加驱动电压Vd)时，聚合物元件10表现出下列行为。例如，当在电极层12A和12B之间施加预定驱动电压Vd，以致电极层12A为负电位，电极层12B为正电位(参照图4B中的箭头“+V”)时，阳离子在溶剂化有极性溶剂的状态下移动到电极层12A一侧。此时，因为阴离子在高分子层11中几乎不移动，所以在高分子层11中，电极层12A一侧伸长且电极层12B一侧收缩。由此，聚合物元件10整体上如图4B中的箭头“+Z”所示向电极层12B一侧弯曲。
之后，当通过消除电极层12A和12B之间的电位差设定未施加电压的状态(停止施加驱动电压Vd)时，在高分子层11中偏向电极层12A一侧的阳离子物质(阳离子和极性溶剂)扩散并返回到图4A中所示的状态。
此外，当从图4A中所示的未施加电压的状态开始在电极层12A和12B之间施加预定驱动电压Vd，以致电极层12A为正电位，电极层12B为负电位时，阳离子在溶剂化有极性溶剂的状态下移动到电极层12B一侧。在该情形中，在高分子层11中，电极层12A一侧收缩且电极层12B一侧伸长。由此，聚合物元件10整体上向电极层12A一侧弯曲(图中未示出)。
此外，在该情形中，当通过消除电极层12A和12B之间的电位差设定未施加电压的状态时，在高分子层11中偏向电极层12B一侧的阳离子物质扩散并返回到图4A中所示的状态。
接下来，将描述使用包含液体形式的阳离子的离子液体作为离子物质的情形。
在该情形中，因为在未施加电压的状态下，离子液体基本均匀分散在高分子层11中，所以聚合物元件10具有图4A中所示的平面形式。在此，当设定其中通过电压功能部9施加电压的状态(开始施加驱动电压Vd)时，聚合物元件10表现出下列行为。例如，当在电极层12A和12B之间施加预定驱动电压Vd，以致电极层12A为负电位，电极层12B为正电位(参照图4B中的箭头“+V”)时，离子液体中的阳离子移动到电极层12A一侧。另一方面，离子液体中的阴离子在作为阳离子交换膜的高分子层11中不移动。由此，在高分子层11中，电极层12A一侧伸长且电极层12B一侧压缩。由此，聚合物元件10整体上如图4B中的箭头“+Z”所示向电极层12B一侧弯曲。
之后，当通过消除电极层12A和12B之间的电位差设定未施加电压的状态(停止施加驱动电压Vd)时，在高分子层11中偏向电极层12A一侧的阳离子扩散并返回到图4A中所示的状态。
此外，当从图4A中所示的未施加电压的状态开始在电极层12A和12B之间施加预定驱动电压Vd，以致电极层12A为正电位，电极层12B为负电位时，离子液体中的阳离子移动到电极层12B一侧。在该情形中，在高分子层11中，电极层12A一侧压缩且电极层12B一侧伸长。由此，聚合物元件10整体上向电极层12A一侧弯曲(图中未示出)。
此外，在该情形中，当通过消除电极层12A和12B之间的电位差设定未施加电压的状态时，在高分子层11中偏向电极层12B一侧的阳离子扩散并返回到图4A中所示的状态。
B.用作聚合物传感器元件时的基本操作
此外，在本实施方式的聚合物元件10中，相反，当高分子层11在与表面方向(在此为Z轴方向)正交的方向上变形(弯曲)时，在电极层12A与电极层12B之间根据下述原理产生电压(电动势)。换句话说，在该情形中，聚合物元件10用作聚合物传感器元件(例如，弯曲曲率传感器(bending sensor)、速度传感器、加速度传感器等)。下面将根据浸渍在高分子层11中的离子物质的类型，描述不同情形下的聚合物元件10的操作。
首先，将描述使用包含阳离子和极性溶剂的物质作为离子物质的情形。
在该情形中，在其中聚合物元件10自身没有接收到例如由于外力导致的弯曲应力的状态下，或者当聚合物元件10没有直线运动或旋转运动且没有产生加速度和角加速度时，不会给聚合物元件10施加由此导致的力。因此，聚合物元件10具有平面形式而没有变形(弯曲)(图4A)。因此，因为阳离子物质基本均匀分散在高分子层11中，所以在电极层12A和12B之间不产生电位差，聚合物元件10中检测到的电压为0(零)V。
另一方面，当聚合物元件10自身产生加速度或角加速度时，例如接收到弯曲应力或者产生直线运动或旋转运动时，因为由此导致的力被施加给聚合物元件10，所以聚合物元件10变形(弯曲)(图4B)。
例如，如图4B中所示，在其中聚合物元件10在Z轴上的正方向上(电极层12B一侧)变形的情形中，在高分子层11中，电极层12B一侧压缩且电极层12A一侧伸长。之后，因为阳离子在其中阳离子被溶剂化有极性溶剂的状态下移动到内部压力较低的电极层12A一侧，所以阳离子在电极层12B一侧处于稀疏状态，而在电极层12A一侧处于密集状态。因此，在该情形中，在聚合物元件10中产生了电压V，其中电极层12A一侧上的电位高于电极层12B一侧上的电位。换句话说，在该情形中，如图4B的括号中的箭头“-V”所示，在与电极层12A和12B连接的电压功能部9(在该情形中为电压表)中检测到负极性电压(-V)。
相反，在其中聚合物元件10在Z轴上的负方向上(电极层12A一侧)变形的情形中，在高分子层11中，电极层12A一侧压缩且电极层12B一侧伸长。之后，因为阳离子在溶剂化有极性溶剂的状态下移动到内部压力较低的电极层12B一侧，所以阳离子在电极层12A一侧处于稀疏状态，而在电极层12B一侧处于密集状态。因此，在该情形中，在聚合物元件10中产生了电压V，其中电极层12B一侧上的电位高于电极层12A一侧上的电位。换句话说，在该情形中，在与电极层12A和12B连接的电压功能部9(电压表)中检测到正极性电压(+V)。
接下来，将描述使用包含液体形式的阳离子的离子液体作为离子物质的情形。
在该情形中，首先，当聚合物元件10没有直线运动或旋转运动且没有产生加速度和角加速度时，聚合物元件10具有平面形式而没有变形(弯曲)(图4A)。因此，因为离子液体基本均匀分散在高分子层11中，所以在电极层12A和12B之间不产生电位差，聚合物元件10中检测到的电压为0(零)V。
另一方面，当聚合物元件10自身产生加速度或角加速度时，例如产生直线运动或旋转运动时，因为由此导致的力被施加给聚合物元件10，所以聚合物元件10变形(弯曲)(图4B)。
例如，如图4B中所示，在其中聚合物元件10在Z轴上的正方向上(电极层12B一侧)变形的情形中，在高分子层11中，电极层12B一侧压缩且电极层12A一侧伸长。之后，在其中高分子层11为阳离子交换膜的情形中，离子液体中的阳离子在所述膜中移动并移动到内部压力较低的电极层12A一侧。另一方面，阴离子由于高分子层11的官能团的干扰而没有移动。因此，在该情形中，在聚合物元件10中产生了电压V，其中电极层12A一侧上的电位高于电极层12B一侧上的电位。换句话说，在该情形中，如图4B的括号中的箭头“-V”所示，在与电极层12A和12B连接的电压功能部9(在该情形中为电压表)中检测到负极性电压(-V)。
相反，在其中聚合物元件10在Z轴上的负方向上(电极层12A一侧)变形的情形中，在高分子层11中，电极层12A一侧压缩且电极层12B一侧伸长。之后，与上述相同的原因，离子液体中的阳离子移动到内部压力较低的电极层12B一侧。因此，在该情形中，在聚合物元件10中产生了电压V，其中电极层12B一侧上的电位高于电极层12A一侧上的电位。换句话说，在该情形中，在与电极层12A和12B连接的电压功能部9(电压表)中检测到正极性电压(+V)。
C.用作双电层电容器时的操作
此外，本实施方式的聚合物元件10还用作双电层电容器。当在电极层12A和12B之间施加预定电压时，浸渍在高分子层11中的离子物质移动并分布在电极层12A和12B的表面上。由此，形成了双电层且在该部分中存储电荷，结果，该双电层用作双电层电容器。
D.电极层12A和12B中包含的多孔碳材料121的操作
在此，将描述本实施方式的聚合物元件10的电极层12A和12B中包含的多孔碳材料121的操作。
图5示意性地显示了根据比较例的多孔碳材料121的剖面构造。在多孔碳材料121中，在粒子1121P的表面中设置有多个微孔1121B。离子被吸附到微孔1121B而不穿过微孔。随着微孔1121B的数量增加，被吸附的离子量增加。因此，在电极层中使用多孔碳材料1121的聚合物元件的移位量较大。然而，在多孔碳材料1121中，因为粒子1121P表面上的开口1121MB的宽度100WB较窄，所以离子不容易进入微孔1121B。因此，离子的移动为律速阶段(rate-determination step)，每单位时间的聚合物元件的移位量较小。
与此相反，在聚合物元件10中，电极层12A和12B的多孔碳材料121具有分级的多孔结构。由此，如图6中所示，离子11I(阳离子或阴离子)首先从较大开口121MA进入大孔121A，然后经由开口121MB移动到介孔121B，并依次经由开口121MC从介孔121B移动到微孔121C。离子11I容易进入较大开口121MA，进入大孔121A的离子11I经由介孔121B充分到达微孔121C。因此，在包含多孔碳材料121的电极层12A和12B中，大量的离子11I被吸附到微孔121C，这些离子的移动没有被干扰。因而，每单位时间的移位量较大。
除在电极层中包含多孔碳材料1121(图5)的聚合物元件100A、100B和100C的振幅之外，图7显示了聚合物元件10的振幅。将Ketjenblack(注册商标)用于聚合物元件100A的多孔碳材料1121，将彼此类型不同的介孔碳用于聚合物元件100B和100C的多孔碳材料1121。当聚合物元件100A的振幅设为1时，虽然聚合物元件100B和100C的振幅大致为与其相同，但聚合物元件10的振幅为其2.9倍之多。如此，由于离子11I容易移动，可确认每单位时间的移位量增加，振幅增加。
如上所述，在本实施方式中，因为电极层12A和12B包含具有分级的多孔结构的多孔碳材料121，所以可提高离子11I的移动速度。因而，可改善聚合物元件10的特性，如振幅和产生的力。
下面将描述上述实施方式的变形例和其他实施方式；然而，相同的参考标记用于与上述实施方式中相同的组件，并将适当省略其重复描述。
变形例
图8显示了根据变形例的聚合物元件(聚合物元件10A)的剖面构造。在图8所示的聚合物元件10A中，在电极层12A的远离高分子层11的表面上设置有低电阻层13A，以及在电极层12B的远离高分子层11的表面上设置有低电阻层13B。低电阻层13A和13B由具有比电极层12A和12B的组分材料低的电阻的材料构成。除了这一点之外，聚合物元件10A具有与上述第一个实施方式的聚合物元件10相同的构造，且其操作和效果也相同。
聚合物元件10A顺序具有低电阻层13A、电极层12A、高分子层11、电极层12B和低电阻层13B。通过以这种方式在电极层12A和12B上层叠低电阻层13A和13B，抑制了电极层12A和12B的电阻增加，并获得了高级别特性。低电阻层13A和13B的组分材料的例子包括金属材料、金属氧化物、导电性碳材料、导电性高分子材料等。金属材料的例子包括金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铝(Al)、镍(Ni)等。导电性碳材料的例子包括碳纳米管、碳纳米线、碳纤维、石墨、Jetjenblack(注册商标)、碳黑等。导电性高分子材料的例子包括聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等。金属氧化物的例子包括基于氧化铟的化合物、基于氧化锌的化合物等。基于氧化铟的化合物例如是氧化铟锡(ITO)等，基于氧化锌的化合物例如是氧化铟锌(IZO)、掺杂铝的氧化锌(AZO)、掺杂镓的氧化锌(GZO)等。低电阻层13A和13B的厚度是任意的；然而，优选的是该厚度不影响聚合物元件10A的移位。由金属材料构成的低电阻层13A和13B的厚度例如为50nm以下。优选的是，低电阻层13A和13B为连续膜，从而电极层12A和12B的电位均匀。用于形成这种低电阻层13A和13B的方法的例子包括电镀法、气相沉积法、溅射法等。低电阻层13A和13B可提前成膜在一基板上并从所述基板转移到电极层12A和12B。
第二个实施方式
图9显示了根据本发明第二个实施方式的聚合物元件(聚合物元件20)的剖面构造。除了在高分子材料中的分级的多孔结构的多孔碳材料(图2中的多孔碳材料121)之外，聚合物元件20的电极层(电极层22A和22B)还包含金属氧化物。除了这一点，聚合物元件20具有与上述实施方式的聚合物元件10相同的构造，且其操作和效果也相同。
电极层22A和22B中包含的金属氧化物可以是其中可能发生氧化还原的金属氧化物；然而，优选过渡金属的氧化物。例如，优选的是，在电极层22A和22B中包含氧化钌、氧化铱、氧化锰、氧化钛、氧化钽等。在上述材料之中，优选的是，电极层22A和22B中包含氧化钌、氧化铱或氧化锰。电极层22A和22B中包含的金属氧化物可以是除过渡金属之外的其他金属氧化物，例如氧化锌。电极层22A和22B可包含水和金属氧化物。除高分子材料外，在电极层22A和22B中例如以5％到30％重量比(金属氧化物/金属氧化物+多孔碳材料)包含金属氧化物。
如图10和图11中所示，可分离地设置包含多孔碳材料的碳层221A和221B以及包含金属氧化物的金属氧化物层222A和222B。碳层221A和221B以及金属氧化物层222A和222B可在高分子层11和电极层22A和22B的层叠方向(Z方向)上重叠(图10)，并可在电极层22A和22B的面内(XY平面)方向上并排(图11)。
在电极层22A和22B中包含金属氧化物(或金属氧化物层222A和222B)的聚合物元件20中，由金属氧化物的氧化还原反应产生的离子(下面将描述的图13中的第二阳离子22P和第二阴离子22M)被化学地吸附在电极层22A和22B内部的界面附近，聚合物元件20的容量增加。下面将对此进行描述。
图12示意性显示了聚合物元件10的电极层12A和12B之间的界面的状态。例如，当在电极层12A和12B之间施加预定驱动电压，以致电极层12A为负电位，电极层12B为正电位时，高分子层11的阳离子(第一阳离子11P)移动到电极层12A一侧，阴离子(第一阴离子11M)移动到电极层12B一侧。通过第一阳离子11P和第一阴离子11M被物理地吸附到电极层12A和12B的多孔碳材料121(图2)的微孔121C，聚合物元件10进行操作。就是说，在聚合物元件10中，通过在电极层12A和12B之间的界面中形成的双电层来执行操作。因此，通过增加电极层12A和12B中包含的多孔碳材料121的量，聚合物元件10的容量增加，可提高移位量。
然而，当多孔碳材料121的量增加时，存在湿度依赖性增加且聚合物元件10的特性劣化的问题。此外，电极层12A和12B与高分子层11之间的附着性降低，容易产生裂纹，且在电极层12A和12B中容易产生剥离等。而且，电极层12A和12B的电阻增加。由于该原因，在聚合物元件10中，很难增加其容量。
与此相对，在聚合物元件20中，因为电极层22A和22B包含金属氧化物，所以金属氧化物通过由下述反应式(1)或反应式(2)所示的氧化还原反应产生离子(M-H+)。在此，反应式(1)和(2)中的M表示金属氧化物。
如图13中所示，在聚合物元件20中，通过金属氧化物的氧化还原反应产生的阳离子(第二阳离子22P)和阴离子(第二阴离子22M)被化学地吸附在电极层22A和22B内部的界面附近。就是说，在聚合物元件20中，除了与上述聚合物元件10相同的双电层之外，还形成了由金属氧化物导致的伪双层。由此，与聚合物元件10相比，可增加聚合物元件20的容量。
图14使用聚合物元件10作为参考显示了聚合物元件20的振幅。在聚合物元件20中，振幅提高至聚合物元件10的2.1倍。由此，可确信在聚合物元件20中容量增加且聚合物元件20的移位量进一步提高。
图15使用聚合物元件10作为参考显示了聚合物元件20的最大速度。在聚合物元件20中，最大速度提高至聚合物元件10的1.4倍。如此，还可提高聚合物元件20中的诸如最大速度之类的特性。
如上所述，在聚合物元件20中，因为除了具有分级的多孔结构的多孔碳材料121(图2)之外，电极层22A和22B还包含金属氧化物，所以可同时提高离子移动速度和容量。因而，与聚合物元件10相比，在聚合物元件20中可进一步提高诸如振幅、最大速度和产生的力之类的特性。
此外，因为不必增加聚合物元件20中的多孔碳材料121的量，所以可保持湿度依赖性。此外，可容易地形成电极层22A和22B且同时抑制产生裂纹、剥离等。而且，还可抑制电极层22A和22B的电阻增加。
第三个实施方式
图16显示了根据本发明第三个实施方式的聚合物元件(聚合物元件30)的剖面构造。聚合物元件30的电极层(电极层32A和32B)包含在高分子材料中的多孔碳材料和金属氧化物。在电极层32A和32B中，多孔碳材料不限于具有分级的多孔结构的多孔碳材料。除了这一点之外，聚合物元件30具有与上述实施方式的聚合物元件20相同的构造，且其操作和效果也相同。
在电极层32A和32B中包含与上述电极层22A和22B中所述的金属氧化物相同的金属氧化物。除了具有分级的多孔结构的生物碳、人造多孔碳等之外，Ketjenblack(注册商标)、介孔碳、triporous碳、碳黑、活性炭、活性炭cross、碳纤维、碳纳米管等可用于电极层32A和32B的多孔碳材料。
在聚合物元件30中，以与上述聚合物元件20中所述相同的方式，因为通过金属氧化物的氧化还原反应产生的离子形成伪双层，所以容量增加。
此外，在聚合物元件30中，因为除了金属氧化物之外，电极层32A和32B还包含多孔碳材料，所以与仅由金属氧化物构成电极层的情形相比，其耐久性提高。
图17比较并显示了其中电极层仅由金属氧化物构成的聚合物元件300的耐久性和聚合物元件30的耐久性。在耐久性测试中，当重复操作聚合物元件30和300时检查操作次数与振幅之间的关系。尽管在聚合物元件300中振幅随着操作次数增加而降低，但在聚合物元件30中，即使当操作次数增加时，仍保持相同的振幅。如此，可确认聚合物元件30具有比聚合物元件300高的耐久性。
此外，通过电极层32A和32B中包含的多孔碳材料，抑制了离子移动速度的降低。
应用例
随后，将描述根据上述实施方式和变形例的聚合物元件的应用例(用于成像装置的应用例；应用例1和2)。
应用例1
移动电话8的构造
作为根据上述实施方式等的聚合物元件的应用例1的、设置有成像装置的电子设备的一个例子，图18和19通过透视图显示了具有成像功能的移动电话(移动电话8)的示意性构造。在移动电话8中，两个壳体81A和81B通过图中未示出的铰链机构相连结，从而能够自由折叠。
如图18中所示，在壳体81A的一侧的表面上安装有多种类型的操作按键82，且在其底端部中安装有麦克风83。操作按键82用于接收用户的预定操作并输入信息。麦克风83用于在通话等过程中输入用户的声音。
如图18中所示，在壳体81B的一侧的表面上安装有采用液晶显示面板等的显示部84，且在其顶端部中安装有扬声器85。在显示部84上显示各种信息，如无线电波的接收状态、电池余量、通话时他人的电话号码、被注册为电话本的内容(他人的电话号码、名字等)、打出电话历史和打进电话历史。扬声器85用于在通话等过程中输出他人的声音等。
如图19中所示，在壳体81A的另一侧的表面上安装有玻璃盖86，并在壳体81A内与玻璃盖86对应的位置中设置有成像装置2。成像装置2由布置在物侧(玻璃盖86一侧)上的相机模块4和布置在像侧(壳体81A的内部一侧)上的成像元件3构成。成像元件3是获取通过相机模块4内的透镜(下面将描述的透镜40)成像的成像信号的元件。成像元件3由其中例如安装有电耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器形成。
成像装置2的构造
图20通过透视图显示了成像装置2的示意性构造示例，图21通过分解透视图显示了成像装置2中的相机模块4的构造。
相机模块4沿光轴Z1从像侧(成像元件3的成像表面3A一侧)到物侧顺序(沿Z轴上的正方向)设置有支撑部件51、聚合物致动器元件531、透镜保持部件54、透镜40和聚合物致动器元件532。聚合物致动器元件531和532由上述聚合物元件10，10A，20和30构成。在此，图20中省略了透镜40。相机模块4还设置有固定部件52、连结部件551A，551B，552A和552B、固定电极530A和530B、挤压部件56和孔元件57A和57B。在此，相机模块4的除透镜40之外的部件对应于本发明中的“驱动透镜的驱动装置”(透镜驱动装置)的一个具体例子。
支撑部件51是用于支撑整个相机模块4的基础部件(基体)。
固定部件52是用于固定聚合物致动器元件531和532的各个端部的部件。固定部件52由从像侧(图20和图21中的下侧)到物侧(上侧)布置的下部固定部件52D、中间(中部)固定部件52C和上部固定部件52U这三个部件形成。聚合物致动器元件531的一端及固定电极530A和530B的一端分别布置成被夹持在下部固定部件52D与中间固定部件52C之间。另一方面，聚合物致动器元件532的一端及固定电极530A和530B的另一端分别布置成被夹持在中间固定部件52C与上部固定部件52U之间。此外，在上述固定部件之中的中间固定部件52C中形成用于部分地夹持透镜保持部件54的一部分(下面将要描述的保持部54B的一部分)的开口52C0。由此，因为透镜保持部件54的所述部分能够在开口52C0内移动，所以可有效利用空间并可使相机模块4小型化。
固定电极530A和530B是用于从下面所述的电压供给部59对聚合物致动器元件531和532中的电极层(上述的电极层12A，12B，22A和22B)供给驱动电压Vd(下面所述的图22A和图22B)的电极。固定电极530A和530B的每一个例如由金(Au)或者镀有金的金属等形成并具有U形。由此，固定电极530A和530B的每一个夹持中间固定部件52C的顶部和底部(沿Z轴的两个侧表面)并可通过少量配线对一对聚合物致动器元件531和532并行施加同一电压。此外，在由镀有金的金属材料构成固定电极530A和530B的情形中，可防止由于表面的氧化等导致的接触电阻劣化。
透镜保持部件54是用于保持透镜40的部件且例如由诸如液晶聚合物之类的硬树脂材料形成。透镜保持部件54如下布置，即中心位于光轴Z1上且由保持透镜40的环形保持部54B以及支撑保持部54B并将保持部54B与下面所述的连结部件551A，551B，552A和552B连接的连接部54A形成。此外，保持部54B布置在所述一对聚合物致动器元件531和532中的下述驱动表面之间。
聚合物致动器元件531和532每一个具有与透镜40的光轴Z1正交的驱动表面(X-Y平面上的驱动表面)并且布置成驱动表面沿光轴Z1彼此相对。聚合物致动器元件531和532每一个用于借由下面所述的连结部件551A，551B，552A和552B沿光轴Z1驱动透镜保持部件54(和透镜40)。
连结部件551A，551B，552A和552B每一个是用于将聚合物致动器元件531和532的另一端的每一个与连接部54A的端部彼此连结(连接)的部件。详细地说，连结部件551A和551B的每一个连结在连接部54A的底端部与聚合物致动器元件531的另一端之间，连结部件552A和552B的每一个连结在连接部54A的顶端部与聚合物致动器元件532的另一端之间。希望的是，连结部件551A，551B，552A和552B的每一个例如由诸如聚酰亚胺膜之类的柔性膜形成，且由小于等于聚合物致动器元件531和532每一个(优选相同或小于)的刚性(弯曲刚性)的软材料形成。由此，在与聚合物致动器元件531和532的弯曲方向相反的方向上，连结部件551A，551B，552A和552B有弯曲的自由度。因此，由聚合物致动器元件531和532及连结部件551A，551B，552A和552B形成的悬臂的剖面形状画出了字母S形的曲线。结果，连接部54A能够沿Z轴方向平行移动，且保持部54B(和透镜40)在保持相对于支撑部件51平行状态的同时在Z轴方向上被驱动。在此，例如可使用弹性常数作为上述刚性(弯曲刚性)。
相机模块4的操作
图22A和22B每一个通过侧面示图(Z-X侧面示图)示意性地显示了相机模块4的示意性构造示例，图22A显示了操作之前的状态，图22B显示了操作之后的状态。
在相机模块4中，当从电压供给部59对聚合物致动器元件531和532供给驱动电压Vd时，聚合物致动器元件531和532的另一端侧的每一个按照上述原理在Z轴方向上弯曲。由此，透镜保持部件54被聚合物致动器元件531和532驱动，透镜40能够沿光轴Z1移动(参照图22B中的箭头)。如此，在相机模块4中，通过使用聚合物致动器元件531和532的驱动装置(透镜驱动装置)沿光轴Z1驱动透镜40。换句话说，相机模块4内的透镜40沿光轴Z1移动并执行调焦或变焦。
应用例2
随后，将描述根据上述实施方式等的聚合物元件的应用例2的成像装置(相机模块)。根据本应用例的成像装置也被整合到例如上述图18和图19中所示的具有成像功能的移动电话8内。然而，尽管在应用例1的成像装置2中，聚合物元件(聚合物致动器元件)被用作透镜驱动装置，但在下面所述的本应用例的成像装置中，聚合物元件被用作用于驱动成像元件3的驱动装置。
成像装置2A的构造
图23通过侧面示图(Z-X侧面示图)显示了根据本应用例的成像装置(成像装置2A)的示意性构造示例。成像装置2A设置有用于将各种部件保持在基板60上的壳体61。
在壳体61中形成有用于布置透镜40的开口部611，且在壳体61中设置有一对侧壁部613A和613B及位于基板60上的底部612。一对板簧621和622的一个端侧固定在侧壁部613A中，成像元件3借由连接部54A和支撑部64布置于板簧621和622的另一端侧上。此外，聚合物致动器元件63的一个端侧固定在底部612上，聚合物致动器元件63的另一端侧固定在支撑部64的底表面上。在此，在底部612上还布置有孔元件57A且在连接部54A上与孔元件57A相对的位置中布置有孔元件57B。
在此，在成像装置2A的部件之中，底部612、侧壁部613A、板簧621和622、聚合物致动器元件63、支撑部64和连接部54A主要对应于本发明中的“驱动成像元件的驱动装置”(成像元件驱动装置)的一个具体例子。
聚合物致动器元件63用于驱动上述的成像元件3并利用根据上述实施方式的聚合物元件10，10A，20和30构成。
成像装置2A的操作
图24A和图24B每一个通过侧面示图(Z-X侧面示图)示意性显示了成像装置2A(上述成像元件驱动装置)的一部分，图24A显示了操作之前的状态，图24B显示了操作之后的状态。
在成像装置2A中，当从电压供给部(图中未示出)对聚合物致动器元件63供给驱动电压Vd时，聚合物致动器元件63的其他端侧的每一个按照上述原理沿Z轴方向弯曲。由此，连接部54A被聚合物致动器元件63驱动，成像元件3能够沿透镜40的光轴Z1移动(参照图24B中的箭头)。如此，在成像装置2A中，通过使用聚合物致动器元件63的驱动装置(成像元件驱动装置)沿透镜40的光轴Z1驱动成像元件3。由此，通过改变透镜40与成像元件3之间的相对距离执行调焦或变焦。
其他应用例
图25A和图25B示意性地显示了根据其他应用例的电子设备(电子设备7A和7B)的构造示例。
电子设备7A(图25A)包括聚合物传感器元件71和信号处理部72。在电子设备7A中，通过聚合物传感器元件71变形而检测到的信号输入到信号处理部72并执行各种信号处理。电子设备7A的例子包括：检测血管的扩张和收缩的脉搏传感器、检测手指等的接触位置以及接触强度的触觉传感器、检测伴随书本翻页等的弯曲状态的弯曲曲率传感器、检测人关节的移动的运动传感器等。
电子设备7B(图25B)包括信号输入部73和聚合物致动器元件74。在电子设备7B中，聚合物致动器元件74根据来自信号输入部73的信号变形。电子设备7B的例子包括导尿管(catheter)等。
其他变形例
上面使用所述实施方式、变形例和应用例描述了本发明的技术；然而，本发明并不限于这些实施方式等，各种变形是可能的。例如，聚合物元件和成像装置中的其他部件的形状、材料等不限于上述实施方式等中所述的那些，另外，聚合物元件的层叠结构不限于上述实施方式等中所述的那些，可进行适当变化。
此外，在上述第二个实施方式和第三个实施方式中描述了其中电极层22A，22B，32A和32B包含金属氧化物的情形；然而，代替金属氧化物，电极层22A，22B，32A和32B可包含导电性高分子材料。导电性高分子材料的例子包括聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等。除了金属氧化物之外，电极层22A，22B，32A和32B还可包含导电性高分子材料。
此外，在上述变形例(图8)中描述了在电极层12A和12B中层叠低电阻层13A和13B的情形；然而，可在电极层22A和22B(图9)或者电极层32A和32B(图16)中层叠低电阻层13A和13B。
此外，在上述应用例中描述了将聚合物致动器元件或聚合物传感器元件应用于电子设备的情形的例子；然而，用作双电层电容器的聚合物元件和用作二次电池的聚合物元件可适用于电子设备。
而且，在上述实施方式等中，作为本发明的驱动装置的一个例子，主要使用沿光轴驱动透镜，即驱动物体的透镜驱动装置进行了描述；然而，不限于该情形，例如透镜驱动装置可在与光轴正交的方向上驱动透镜。此外，除了这种透镜驱动装置或成像元件驱动装置之外，还可将本发明的驱动装置应用于驱动其他驱动物体，如光圈的驱动装置等(参照日本未审专利申请公开号2008-259381等)或应用于相机抖动修正。此外，除了上述实施方式中所述的移动电话之外，还可将本发明的驱动装置、相机模块和成像装置应用于各种电子设备。
在此，本说明书中描述的效果仅仅是示例性的而并没有限制，可存在其他效果。
在此，本发明还能够采用下面的构造。
(1)一种聚合物元件，包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，其中所述多孔碳材料在表面中设置有第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
(2)根据(1)所述的聚合物元件，其中所述多孔碳材料还具有比所述第二孔小且与所述第二孔相通的第三孔。
(3)根据(2)所述的聚合物元件，其中所述第一孔和所述第二孔相接，所述第二孔和所述第三孔相接。
(4)根据(2)或(3)所述的聚合物元件，其中所述第一孔的直径大于50nm，所述第二孔的直径为2nm到50nm，所述第三孔的直径小于2nm。
(5)根据(1)到(4)任意一个所述的聚合物元件，其中所述多孔碳材料还具有设置在其表面的进入所述第一孔的第一开口和设置在所述第一孔中的进入所述第二孔的开口，且所述第一开口大于所述第二开口。
(6)根据(1)到(5)任意一个所述的聚合物元件，其中包含所述多孔碳材料的电极层还包含金属氧化物。
(7)根据(6)所述的聚合物元件，其中所述金属氧化物为过渡金属氧化物。
(8)根据(6)或(7)所述的聚合物元件，其中所述金属氧化物是氧化钌、氧化铱和氧化锰中的至少一种。
(9)根据(1)到(8)任意一个所述的聚合物元件，其中所述多孔碳材料来源于植物。
(10)根据(1)到(9)任意一个所述的聚合物元件，其中在所述一对电极层的远离所述高分子层的表面上分别设置有低电阻层。
(11)根据(1)到(10)任意一个所述的聚合物元件，其中所述一对电极层还包含高分子材料。
(12)根据(1)到(11)任意一个所述的聚合物元件，其中所述聚合物元件构造为聚合物致动器元件。
(13)根据(1)到(12)任意一个所述的聚合物元件，其中所述聚合物元件构造为聚合物传感器元件。
(14)一种聚合物元件，包括：一对电极层；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，其中所述一对电极层中的至少一个电极层包含：多孔碳材料，和金属氧化物。
(15)一种电子设备，包括：聚合物元件，所述聚合物元件包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，其中所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
(16)一种电子设备，包括：聚合物元件，所述聚合物元件包括一对电极层和设置在所述一对电极层之间的高分子层，其中所述一对电极层中的至少一个电极层包含：多孔碳材料，和金属氧化物。
(17)一种相机模块，包括：透镜；和使用聚合物元件构成并驱动所述透镜的驱动装置，其中所述聚合物元件包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料，和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
(18)一种相机模块，包括：透镜；和使用聚合物元件构成并驱动所述透镜的驱动装置，其中所述聚合物元件包括：一对电极层，和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含：多孔碳材料，和金属氧化物。
(19)一种成像装置，包括：透镜；获取由所述透镜成像的成像信号的成像元件；和使用聚合物元件构成并驱动所述透镜或所述成像元件的驱动装置，其中所述聚合物元件包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料，和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述多孔碳材料具有设置在其表面中的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
(20)一种成像装置，包括：透镜；获取由所述透镜成像的成像信号的成像元件；和使用聚合物元件构成并驱动所述透镜或所述成像元件的驱动装置，其中所述聚合物元件包括：一对电极层，和设置在所述一对电极层之间的高分子层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含：多孔碳材料，和金属氧化物。
本领域技术人员应当理解到，可根据设计需求和其他因素产生各种变形、组合、再组合和替换，只要它们落在所附权利要求的范围或其等同范围内。

Claims (21)

1.一种聚合物元件，包括：
一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料；和
设置在所述一对电极层之间的高分子层，
其中所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
2.根据权利要求1所述的聚合物元件，
其中所述多孔碳材料还具有比所述第二孔小且与所述第二孔相通的第三孔。
3.根据权利要求2所述的聚合物元件，
其中所述第一孔和所述第二孔相接，所述第二孔和所述第三孔相接。
4.根据权利要求2所述的聚合物元件，
其中所述第一孔的直径大于50nm，所述第二孔的直径为2nm到50nm，所述第三孔的直径小于2nm。
5.根据权利要求1所述的聚合物元件，
所述多孔碳材料还具有设置在其表面的进入所述第一孔的第一开口和设置在所述第一孔中的进入所述第二孔的第二开口，且
其中所述第一开口大于所述第二开口。
6.根据权利要求1所述的聚合物元件，
其中包含所述多孔碳材料的电极层还包含导电率比所述多孔碳材料的导电率高的导电物质。
7.根据权利要求6所述的聚合物元件，
其中所述导电物质是金属氧化物。
8.根据权利要求7所述的聚合物元件，
其中所述金属氧化物为过渡金属氧化物。
9.根据权利要求7所述的聚合物元件，
其中所述金属氧化物是氧化钌、氧化铱和氧化锰中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的聚合物元件，
其中所述多孔碳材料来源于植物。
11.根据权利要求1所述的聚合物元件，还包括：
分别设置在所述一对电极层的远离所述高分子层的表面上的低电阻层。
12.根据权利要求1所述的聚合物元件，
其中所述一对电极层还包含高分子材料。
13.根据权利要求1所述的聚合物元件，其中所述聚合物元件构造为聚合物致动器元件。
14.根据权利要求1所述的聚合物元件，其中所述聚合物元件构造为聚合物传感器元件。
15.一种聚合物元件，包括：
一对电极层；和
设置在所述一对电极层之间的高分子层，
其中所述一对电极层中的至少一个电极层包含：
多孔碳材料，和
金属氧化物。
16.一种电子设备，包括：
聚合物元件，所述聚合物元件包括：一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料；和设置在所述一对电极层之间的高分子层，
其中所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
17.一种电子设备，包括：
聚合物元件，所述聚合物元件包括一对电极层和设置在所述一对电极层之间的高分子层，
其中所述一对电极层中的至少一个电极层包含：
多孔碳材料，和
金属氧化物。
18.一种相机模块，包括：
透镜；和
使用聚合物元件构成并驱动所述透镜的驱动装置，
其中所述聚合物元件包括：
一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料，和
设置在所述一对电极层之间的高分子层，
所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
19.一种相机模块，包括：
透镜；和
使用聚合物元件构成并驱动所述透镜的驱动装置，
其中所述聚合物元件包括：
一对电极层，和
设置在所述一对电极层之间的高分子层，
所述一对电极层中的至少一个电极层包含：
多孔碳材料，和
金属氧化物。
20.一种成像装置，包括：
透镜；
获取由所述透镜成像的成像信号的成像元件；和
使用聚合物元件构成并驱动所述透镜或所述成像元件的驱动装置，
其中所述聚合物元件包括：
一对电极层，所述一对电极层中的至少一个电极层包含多孔碳材料，和
设置在所述一对电极层之间的高分子层，
所述多孔碳材料具有设置在其表面的第一孔以及比所述第一孔小且与所述第一孔相通的第二孔。
21.一种成像装置，包括：
透镜；
获取由所述透镜成像的成像信号的成像元件；和
使用聚合物元件构成并驱动所述透镜或所述成像元件的驱动装置，
其中所述聚合物元件包括：
一对电极层，和
设置在所述一对电极层之间的高分子层，
所述一对电极层中的至少一个电极层包含：
多孔碳材料，和
金属氧化物。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108369085A (zh) * 2015-12-25 2018-08-03 国立研究开发法人产业技术综合研究所 变形传感器
CN115044295A (zh) * 2021-03-08 2022-09-13 华为技术有限公司 保护层及其制备方法、可折叠显示模组及电子设备

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015117403B4 (de) 2015-10-13 2019-06-19 A. Schweizer Gmbh Optische Fabrik Sehhilfe-Vorrichtung, Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden
US11244775B2 (en) * 2018-12-11 2022-02-08 Universities Space Research Association Physically unclonable all-printed carbon nanotube network
JP7161393B2 (ja) * 2018-12-21 2022-10-26 デクセリアルズ株式会社 曲げセンサ、検知装置、物品および検知方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070279497A1 (en) * 2006-04-28 2007-12-06 Konica Minolta Opto, Inc. Drive apparatus, image pickup unit and image pickup apparatus
JP2010093954A (ja) * 2008-10-08 2010-04-22 Kuraray Co Ltd 高分子トランスデューサ
CN101925264A (zh) * 2009-06-09 2010-12-22 揖斐电株式会社 双面电路板及其制造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003100284A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Hitachi Ltd リチウム二次電池
JP2003282369A (ja) * 2002-03-20 2003-10-03 Osaka Gas Co Ltd 電気二重層キャパシタ用炭素材及びその製造方法
JP2004137133A (ja) * 2002-10-21 2004-05-13 Sanyo Electric Co Ltd 多孔質複合体およびその製造方法ならびに多孔質複合体を用いたキャパシタおよびその製造方法
DK1751843T3 (da) * 2003-08-29 2012-12-17 Stanford Res Inst Int Forbelastning af elektroaktive polymer
JP2005310836A (ja) * 2004-04-16 2005-11-04 Kaneka Corp 電気化学素子用電極およびその製造方法
JP4628707B2 (ja) * 2004-06-29 2011-02-09 イーメックス株式会社 導電性高分子電極及びそれを用いたアクチュエータ
WO2009096419A1 (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Kuraray Co., Ltd. 可撓性を有する変形センサ
JP5178273B2 (ja) * 2008-03-26 2013-04-10 本田技研工業株式会社 アクチュエータ
JP5332027B2 (ja) * 2008-06-25 2013-11-06 独立行政法人産業技術総合研究所 導電補助剤を添加したカーボンナノチューブ電極を用いたアクチュエータ素子
JP5664849B2 (ja) * 2010-08-02 2015-02-04 ソニー株式会社 形状センサおよび情報入力装置
EP2620482B1 (en) * 2010-09-24 2016-11-30 Nippon Mektron, Ltd. Paste and polymer transducer including coating film formed from same as electrolyte film or electrode films
JP2012135156A (ja) * 2010-12-22 2012-07-12 Canon Inc アクチュエータ
JP5899885B2 (ja) * 2011-01-31 2016-04-06 ソニー株式会社 燃料電池、燃料電池の製造方法、電子機器、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド固定化電極、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド固定化担体、酵素反応利用装置、タンパク質固定化電極およびタンパク質固定化担体
US20140250881A1 (en) * 2011-08-09 2014-09-11 Canon Kabushiki Kaisha Actuator
JP6152622B2 (ja) * 2011-08-11 2017-06-28 デクセリアルズ株式会社 駆動装置、レンズモジュールおよび撮像装置
JP6150801B2 (ja) * 2012-07-26 2017-06-21 日本ゴア株式会社 分極性電極材およびこれを用いた電気二重層キャパシタ
JP2014045304A (ja) * 2012-08-27 2014-03-13 Sony Corp カメラモジュールおよび電子機器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070279497A1 (en) * 2006-04-28 2007-12-06 Konica Minolta Opto, Inc. Drive apparatus, image pickup unit and image pickup apparatus
JP2010093954A (ja) * 2008-10-08 2010-04-22 Kuraray Co Ltd 高分子トランスデューサ
CN101925264A (zh) * 2009-06-09 2010-12-22 揖斐电株式会社 双面电路板及其制造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108369085A (zh) * 2015-12-25 2018-08-03 国立研究开发法人产业技术综合研究所 变形传感器
CN115044295A (zh) * 2021-03-08 2022-09-13 华为技术有限公司 保护层及其制备方法、可折叠显示模组及电子设备
CN115044295B (zh) * 2021-03-08 2023-04-18 华为技术有限公司 保护层及其制备方法、可折叠显示模组及电子设备

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