[發(fā)明專利]機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280033393.5
• 申請(qǐng)日: 2012-05-04
• 公開（公告）號(hào): CN103828082A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R.格哈德;W.維爾格斯;D.里希科夫;W.延寧格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 拜耳知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司;波茨坦大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L41/083
• 分類號(hào): H01L41/083;H01L41/193;H01L41/45;H01L41/09
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 杜荔南;劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備，其包括布置在第一電極與至少一個(gè)第二電極之間的層復(fù)合體。此外，本發(fā)明涉及一種機(jī)電轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)、一種執(zhí)行器裝置、一種發(fā)生器設(shè)備以及一種用于制造機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備的方法。

背景技術(shù)

塑料復(fù)合材料用在許多應(yīng)用中。例如，將相應(yīng)的層復(fù)合體用作封裝材料、絕緣材料或者構(gòu)造材料。除了所述常規(guī)用途以外，層復(fù)合體越來越來多地被用作發(fā)生器應(yīng)用、傳感器應(yīng)用或執(zhí)行器應(yīng)用中的有源部件。

這樣的層復(fù)合體一般而言具有至少一個(gè)電活性層、比如介電彈性體層。為了獲得機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備，可以給電活性層在兩側(cè)分別鍍覆導(dǎo)電層。這兩個(gè)導(dǎo)電層可以用作電極。如果在電極處施加電信號(hào)、例如電壓，則介電彈性體層伸展。尤其是可以根據(jù)電壓產(chǎn)生延伸，該電壓處于作為下限的0V至作為上限的擊穿電壓之間。相反，在對(duì)層復(fù)合體進(jìn)行機(jī)械作用時(shí)，如果同時(shí)施加電壓，則可以在電極處截取到電信號(hào)、尤其是電壓。

這樣的機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備的缺點(diǎn)是，為了足夠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、也即為了實(shí)現(xiàn)電活性層的足夠高的延伸，必須在電極處施加1000V范圍內(nèi)的電壓。為了在發(fā)生器應(yīng)用的情況下獲得高能量，必須類似地施加高電壓。但是這樣高的電壓改變顯著地限制了電活性層或者包括具有電活性層的至少一個(gè)層復(fù)合體的機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備的經(jīng)濟(jì)和有效的使用。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供一種機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備，其可以更經(jīng)濟(jì)并且尤其是更有效地來運(yùn)行。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，之前導(dǎo)出和示出的任務(wù)在一種機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備——其包括至少一個(gè)布置在第一電極與至少一個(gè)第二電極之間的層復(fù)合體——中通過如下方式來解決：該層復(fù)合體具有第一電活性層和至少一個(gè)第二電活性層，并且在第一電活性層與第二電活性層之間至少分段地設(shè)置駐極體材料，其中該駐極體材料具有可預(yù)先給定的電荷。

與現(xiàn)有技術(shù)不同，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，提供了一種機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備，其可以通過在電活性層之間布置具有可預(yù)先給定的電荷的駐極體材料來更經(jīng)濟(jì)并且尤其是更有效地來運(yùn)行。

該機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備包括至少一個(gè)層復(fù)合體，其外表面與各一個(gè)電極優(yōu)選直接接觸、例如被所述電極鍍覆。在層復(fù)合體的上側(cè)，可以布置導(dǎo)電層。在層復(fù)合體的下側(cè)，同樣可以布置導(dǎo)電層。能夠理解，上側(cè)或下側(cè)可以僅僅部分地或分段地鍍覆導(dǎo)電層。例如，可以形成經(jīng)結(jié)構(gòu)化的或經(jīng)分割的層。導(dǎo)電層優(yōu)選地可以由選自如下組的材料形成，所述組包括：金屬、金屬合金、導(dǎo)電低聚物或聚合物、導(dǎo)電氧化物、碳材料納米管和/或填充有導(dǎo)電填料的聚合物。

層復(fù)合體包括至少兩個(gè)電活性層。尤其是可以設(shè)置上電活性層和下電活性層。這兩個(gè)電活性層的兩個(gè)外表面可以形成層復(fù)合體的能分別與一個(gè)電極接觸的外表面。

在第一電活性層與第二電活性層之間至少分段地設(shè)置有駐極體材料。該駐極體材料優(yōu)選地可以與第一電活性層和/或第二電活性層平面地連接。換言之，駐極體材料可以優(yōu)選直接接觸第一電活性層和第二電活性層。尤其是在駐極體材料與電活性層之間不設(shè)置導(dǎo)電層。

駐極體材料所具有的優(yōu)點(diǎn)是，電荷可以（持久地）存儲(chǔ)在駐極體中。可預(yù)先給定的電荷例如可以通過給駐極體材料充電來生成。駐極體材料可以被充正電或充負(fù)電，也即具有正電荷或負(fù)電荷。電荷類型和/或電荷高度尤其是可以與電活性轉(zhuǎn)換器設(shè)備的應(yīng)用相匹配。例如，駐極體層可以具有在駐極體層與相鄰電極之間生成100至2000V的電壓的表面電荷密度。

通過將具有持久電荷的駐極體材料布置在層復(fù)合體中，實(shí)現(xiàn)了如下優(yōu)點(diǎn)：與現(xiàn)有技術(shù)相比，為了實(shí)現(xiàn)確定的延伸要施加到電極上的電壓明顯更小。尤其是已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在施加在電活性層上的電場(chǎng)與電活性層的延伸之間存在近似平方關(guān)聯(lián)的效應(yīng)可以有利地用于大量應(yīng)用。因此，在在低電壓范圍中的電壓改變時(shí)延伸改變是小的，而在高電壓范圍中的相同電壓改變時(shí)延伸改變是大的。能夠理解，前面的實(shí)施方式也有意義地適用于發(fā)生器應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備的第一實(shí)施方式，可以根據(jù)駐極體材料的電荷來調(diào)整機(jī)電轉(zhuǎn)換器設(shè)備的工作點(diǎn)。如已述的那樣，在電活性層的延伸與施加的電場(chǎng)或電壓之間存在近似平方的關(guān)聯(lián)。原則上，可以在未施加電場(chǎng)時(shí)得出的最小值與由擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度確定的最大值之間調(diào)整延伸。通過引入具有預(yù)先給定的電荷的駐極體材料，工作點(diǎn)可以從零點(diǎn)被移位。工作點(diǎn)的移位的優(yōu)點(diǎn)在于，可以明顯減小為了確定的延伸改變所需的電壓改變。工作點(diǎn)可以優(yōu)選地通過引入持久電荷被改變?yōu)槭沟?00V、尤其是10V的電壓改變就已經(jīng)導(dǎo)致足夠的延伸改變。可以取決于應(yīng)用的足夠的延伸改變尤其是至少0.1至35％的延伸。