上的正方向上（電極層12B- 偵。變形的情形中，在高分子層11中，電極層12B-側(cè)壓縮且電極層12A-側(cè)伸長(zhǎng)。之后， 因?yàn)殛?yáng)離子在其中陽(yáng)離子被溶劑化有極性溶劑的狀態(tài)下移動(dòng)到內(nèi)部壓力較低的電極層12A 一側(cè)，所W陽(yáng)離子在電極層12B-側(cè)處于稀疏狀態(tài)，而在電極層12A-側(cè)處于密集狀態(tài)。因 此，在該情形中，在聚合物元件10中產(chǎn)生了電壓V，其中電極層12A-側(cè)上的電位高于電極 層12B-側(cè)上的電位。換句話說(shuō)，在該情形中，如圖4B的括號(hào)中的箭頭"-V"所示，在與電 極層12A和12B連接的電壓功能部9(在該情形中為電壓表）中檢測(cè)到負(fù)極性電壓（-V)。
[0099] 相反，在其中聚合物元件10在Z軸上的負(fù)方向上（電極層12A-側(cè)）變形的情形 中，在高分子層11中，電極層12A-側(cè)壓縮且電極層12B-側(cè)伸長(zhǎng)。之后，因?yàn)殛?yáng)離子在 溶劑化有極性溶劑的狀態(tài)下移動(dòng)到內(nèi)部壓力較低的電極層12B-側(cè)，所W陽(yáng)離子在電極層 12A-側(cè)處于稀疏狀態(tài)，而在電極層12B-側(cè)處于密集狀態(tài)。因此，在該情形中，在聚合物元 件10中產(chǎn)生了電壓V，其中電極層12B-側(cè)上的電位高于電極層12A-側(cè)上的電位。換句 話說(shuō)，在該情形中，在與電極層12A和12B連接的電壓功能部9(電壓表）中檢測(cè)到正極性 電壓（+V)。
[0100] 接下來(lái)，將描述使用包含液體形式的陽(yáng)離子的離子液體作為離子物質(zhì)的情形。
[0101] 在該情形中，首先，當(dāng)聚合物元件10沒(méi)有直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)且沒(méi)有產(chǎn)生加速度 和角加速度時(shí)，聚合物元件10具有平面形式而沒(méi)有變形（彎曲）（圖4A)。因此，因?yàn)殡x子 液體基本均勻分散在高分子層11中，所W在電極層12A和12B之間不產(chǎn)生電位差，聚合物 元件10中檢測(cè)到的電壓為〇(零）V。
[0102] 另一方面，當(dāng)聚合物元件10自身產(chǎn)生加速度或角加速度時(shí)，例如產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)或 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)橛纱藢?dǎo)致的力被施加給聚合物元件10,所W聚合物元件10變形（彎曲） (圖 4B)。
[0103] 例如，如圖4B中所示，在其中聚合物元件10在Z軸上的正方向上（電極層12B 一側(cè)）變形的情形中，在高分子層11中，電極層12B-側(cè)壓縮且電極層12A-側(cè)伸長(zhǎng)。之 后，在其中高分子層11為陽(yáng)離子交換膜的情形中，離子液體中的陽(yáng)離子在所述膜中移動(dòng)并 移動(dòng)到內(nèi)部壓力較低的電極層12A-側(cè)。另一方面，陰離子由于高分子層11的官能團(tuán)的干 擾而沒(méi)有移動(dòng)。因此，在該情形中，在聚合物元件10中產(chǎn)生了電壓V，其中電極層12A-側(cè) 上的電位高于電極層12B-側(cè)上的電位。換句話說(shuō)，在該情形中，如圖4B的括號(hào)中的箭頭 "-V"所示，在與電極層12A和12B連接的電壓功能部9(在該情形中為電壓表）中檢測(cè)到負(fù) 極性電壓（-V)。
[0104] 相反，在其中聚合物元件10在Z軸上的負(fù)方向上（電極層12A-側(cè)）變形的情形 中，在高分子層11中，電極層12A-側(cè)壓縮且電極層12B-側(cè)伸長(zhǎng)。之后，與上述相同的原 因，離子液體中的陽(yáng)離子移動(dòng)到內(nèi)部壓力較低的電極層12B-側(cè)。因此，在該情形中，在聚 合物元件10中產(chǎn)生了電壓V，其中電極層12B-側(cè)上的電位高于電極層12A-側(cè)上的電位。 換句話說(shuō)，在該情形中，在與電極層12A和12B連接的電壓功能部9(電壓表）中檢測(cè)到正 極性電壓（+V)。
[0105] C.用作雙電層電容器時(shí)的操作
[0106] 此外，本實(shí)施方式的聚合物元件10還用作雙電層電容器。當(dāng)在電極層12A和12B 之間施加預(yù)定電壓時(shí)，浸潰在高分子層11中的離子物質(zhì)移動(dòng)并分布在電極層12A和12B的 表面上。由此，形成了雙電層且在該部分中存儲(chǔ)電荷，結(jié)果，該雙電層用作雙電層電容器。
[0107] D.電極層12A和12B中包含的多孔碳材料121的操作
[0108] 在此，將描述本實(shí)施方式的聚合物元件10的電極層12A和12B中包含的多孔碳材 料121的操作。
[0109] 圖5示意性地顯示了根據(jù)比較例的多孔碳材料121的剖面構(gòu)造。在多孔碳材料 121中，在粒子1121P的表面中設(shè)置有多個(gè)微孔1121B。離子被吸附到微孔1121B而不穿過(guò) 微孔。隨著微孔1121B的數(shù)量增加，被吸附的離子量增加。因此，在電極層中使用多孔碳材 料1121的聚合物元件的移位量較大。然而，在多孔碳材料1121中，因?yàn)榱Ｗ?121P表面上 的開(kāi)口 1121MB的寬度100WB較窄，所W離子不容易進(jìn)入微孔1121B。因此，離子的移動(dòng)為律 速階段（rate-determinationst巧），每單位時(shí)間的聚合物元件的移位量較小。
[0110] 與此相反，在聚合物元件10中，電極層12A和12B的多孔碳材料121具有分級(jí)的 多孔結(jié)構(gòu)。由此，如圖6中所示，離子111 (陽(yáng)離子或陰離子）首先從較大開(kāi)口 121M進(jìn)入 大孔121A，然后經(jīng)由開(kāi)口 121MB移動(dòng)到介孔121B，并依次經(jīng)由開(kāi)口 121MC從介孔121B移動(dòng) 到微孔121C。離子111容易進(jìn)入較大開(kāi)口 121MA，進(jìn)入大孔121A的離子111經(jīng)由介孔121B 充分到達(dá)微孔121C。因此，在包含多孔碳材料121的電極層12A和12B中，大量的離子111 被吸附到微孔121C，該些離子的移動(dòng)沒(méi)有被干擾。因而，每單位時(shí)間的移位量較大。
[0111] 除在電極層中包含多孔碳材料1121(圖5)的聚合物元件100AU00B和100C的振 幅之外，圖7顯示了聚合物元件10的振幅。將Ketjenblack(注冊(cè)商標(biāo)）用于聚合物元件 100A的多孔碳材料1121，將彼此類型不同的介孔碳用于聚合物元件100B和100C的多孔碳 材料1121。當(dāng)聚合物元件100A的振幅設(shè)為1時(shí)，雖然聚合物元件100B和100C的振幅大致 為與其相同，但聚合物元件10的振幅為其2. 9倍之多。如此，由于離子111容易移動(dòng)，可確 認(rèn)每單位時(shí)間的移位量增加，振幅增加。
[0112] 如上所述，在本實(shí)施方式中，因?yàn)殡姌O層12A和12B包含具有分級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)的多 孔碳材料121，所W可提高離子111的移動(dòng)速度。因而，可改善聚合物元件10的特性，如振 幅和產(chǎn)生的力。
[0113] 下面將描述上述實(shí)施方式的變形例和其他實(shí)施方式；然而，相同的參考標(biāo)記用于 與上述實(shí)施方式中相同的組件，并將適當(dāng)省略其重復(fù)描述。
[0114] 變形例
[0115] 圖8顯示了根據(jù)變形例的聚合物元件（聚合物元件10A)的剖面構(gòu)造。在圖8所 示的聚合物元件10A中，在電極層12A的遠(yuǎn)離高分子層11的表面上設(shè)置有低電阻層13A， W及在電極層12B的遠(yuǎn)離高分子層11的表面上設(shè)置有低電阻層13B。低電阻層13A和13B 由具有比電極層12A和12B的組分材料低的電阻的材料構(gòu)成。除了該一點(diǎn)之外，聚合物元 件10A具有與上述第一個(gè)實(shí)施方式的聚合物元件10相同的構(gòu)造，且其操作和效果也相同。
[0116] 聚合物元件10A順序具有低電阻層13A、電極層12A、高分子層11、電極層12B和 低電阻層13B。通過(guò)W該種方式在電極層12A和12B上層疊低電阻層13A和13B，抑制了電 極層12A和12B的電阻增加，并獲得了高級(jí)別特性。低電阻層13A和13B的組分材料的例 子包括金屬材料、金屬氧化物、導(dǎo)電性碳材料、導(dǎo)電性高分子材料等。金屬材料的例子包括 金（Au)、銀（Ag)、銷（Pt)、侶（A1)、鑲肌）等。導(dǎo)電性碳材料的例子包括碳納米管、碳納米 線、碳纖維、石墨、Jetjenblack(注冊(cè)商標(biāo)）、碳黑等。導(dǎo)電性高分子材料的例子包括聚苯 胺、聚己訣、聚唾吩、聚化咯等。金屬氧化物的例子包括基于氧化銅的化合物、基于氧化鋒的 化合物等?；谘趸~的化合物例如是氧化銅錫（ITO)等，基于氧化鋒的化合物例如是氧 化銅鋒（IZO)、滲雜侶的氧化鋒（AZO)、滲雜嫁的氧化鋒（GZO)等。低電阻層13A和13B的 厚度是任意的；然而，優(yōu)選的是該厚度不影響聚合物元件10A的移位。由金屬材料構(gòu)成的低 電阻層13A和13B的厚度例如為50nmW下。優(yōu)選的是，低電阻層13A和13B為連續(xù)膜，從 而電極層12A和12B的電位均勻。用于形成該種低電阻層13A和13B的方法的例子包括電 鍛法、氣相沉積法、瓣射法等。低電阻層13A和13B可提前成膜在一基板上并從所述基板轉(zhuǎn) 移到電極層12A和12B。
[0117] 第二個(gè)實(shí)施方式
[0118] 圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式的聚合物元件（聚合物元件20)的剖面構(gòu) 造。除了在高分子材料中的分級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料（圖2中的多孔碳材料121)之 夕F，聚合物元件20的電極層（電極層22A和22B)還包含金屬氧化物。除了該一點(diǎn)，聚合物 元件20具有與上述實(shí)施方式的聚合物元件10相同的構(gòu)造，且其操作和效果也相同。
[0119] 電極層22A和22B中包含的金屬氧化物可W是其中可能發(fā)生氧化還原的金屬氧化 物；然而，優(yōu)選過(guò)渡金屬的氧化物。例如，優(yōu)選的是，在電極層22A和22B中包含氧化釘、氧 化銀、氧化鋪、氧化鐵、氧化粗等。在上述材料之中，優(yōu)選的是，電極層22A和22B中包含氧 化釘、氧化銀或氧化鋪。電極層22A和22B中包含的金屬氧化物可W是除過(guò)渡金屬之外的 其他金屬氧化物，例如氧化鋒。電極層22A和22B可包含水和金屬氧化物。除高分子材料 夕F，在電極層22A和22B中例如W5%到30%重量比（金屬氧化物/金屬氧化物+多孔碳 材料）包含金屬氧化物。
[0120] 如圖10和圖11中所示，可分離地設(shè)置包含多孔碳材料的碳層221A和221BW及 包含金屬氧化物的金屬氧化物層222A和222B。碳層221A和221BW及金屬氧化物層222A 和222B可在高分子層11和電極層22A和22B的層疊方向狂方向）上重疊（圖10)，并可 在電極層22A和22B的面內(nèi)狂Y平面）方向上并排（圖11)。
[0121] 在電極層22A和22B中包含金屬氧化物（或金屬氧化物層222A和222B)的聚合 物元件20中，由金屬氧化物的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的離子（下面將描述的圖13中的第二陽(yáng) 離子22P和第二陰離子22M)被化學(xué)地吸附在電極層22A和22B內(nèi)部的界面附近，聚合物元 件20的容量增加。下面將對(duì)此進(jìn)行描述。
[0122] 圖12示意性顯示了聚合物元件10的電極層12A和12B之間的界面的狀態(tài)。例如， 當(dāng)在電極層12A和12B之間施加預(yù)定驅(qū)動(dòng)電壓，W致電極層12A為負(fù)電位，電極層12B為正 電位時(shí)，高分子層11的陽(yáng)離子（第一陽(yáng)離子11巧移動(dòng)到電極層12A-側(cè)，陰離子（第一陰 離子IIM)移動(dòng)到電極層12B-側(cè)。通過(guò)第一陽(yáng)離子IIP和第一陰離子IIM被物理地吸附 到電極層12A和12B的多孔碳材料121 (圖2)的微孔121C，聚合物元件10進(jìn)行操作。就是 說(shuō)，在聚合物元件10中，通過(guò)在電極層12A和12B之間的界面中形成的雙電層來(lái)執(zhí)行操作。 因此，通過(guò)增加電極層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。
[012引然而，當(dāng)多孔碳材料121的量增加時(shí)，存在濕度依賴性增加且聚合物元件10的特 性劣化的問(wèn)題。此外，電極層12A和12B與高分子層11之間的附著性降低，容易產(chǎn)生裂紋， 且在電極層12A和12B中容易產(chǎn)生剝離等。而且，電極層12A和12B的電阻增加。由于該 原因，在聚合物元件10中，很難增加其容量。
[0124] 與此相對(duì)，在聚合物元件20中，因?yàn)殡姌O層22A和22B包含金屬氧化物，所W金屬 氧化物通過(guò)由下述反應(yīng)式（1)或反應(yīng)式（2)所示的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生離子（MTT)。在此， 反應(yīng)式（1)和（2)中的M表示金屬氧化物。
[0125]
[0127] 如圖13中所示，在聚合物元件20中，通過(guò)金屬氧化物的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的陽(yáng)離 子（第二陽(yáng)離子22巧和陰離子（第二陰離子22M)被化學(xué)地吸附在電極層22A和22B內(nèi)部 的界面附近。就是說(shuō)，在聚合物元件20中，除了與上述聚合物元件10相同的雙電層之外， 還形成了由金屬氧化物導(dǎo)致的偽雙層。由此，與聚合物元件10相比，可增加聚合物元件20 的容量。
[0128] 圖14使用聚合物元件10作為參考顯示了聚合物元件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，可確信在聚合物元件20中容量增加且聚 合物元件20的移位量進(jìn)一步提高。
[0129] 圖15使用聚合物元件10作為參考顯示了聚合物元件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，還可提高聚合物元件20中的