具有电活性层的层复合物的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种层复合物(2、2.1、2.2、18)，包括至少两个在第一导电层(12)和第二导电层(14)之间设置的电活性层(4、6)，其中在至少两个电活性层(4、6)之间设置至少一个导电的部分层(8)，并且其中至少两个电活性层(4、6)中的至少一个是压电层(6)，其中至少两个电活性层(4、6)中的至少另一个是介电的弹性体层(4)。
【专利说明】具有电活性层的层复合物
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种层复合物，包括至少两个在第一导电层和第二导电层之间设置的电活性层，其中在至少两个电活性层之间设置至少一个导电的部分层，并且其中至少两个电活性层中的至少一个是压电层。此外本发明涉及一种包括该层复合物的机电的变换器设备以及一种用于制造层复合物的方法。
【背景技术】
[0002]塑料复合材料在许多应用中使用。例如将相应的层复合物用作为包装材料、绝缘材料或者用作为建筑材料。除这种常规的使用目的以外，层复合物更多地用作为传感器应用中的活性部件或者用于能量获取或者能量变换、即所谓的能量采集。
[0003]例如W02010 / 066347A2公开了一种具有多个压电层的层复合物，所述压电层亦即由压电材料组成的层。可以使用压电材料来将作用于层复合物的机械的力变化线性地变换为电信号。通过将机械的力变化变换为电气参量——如电流、电压或者能量——的能力，压电层适合用于传感器应用或者能量采集。
[0004]层复合物现今例如以结构化的压力传感器的形式用于键盘或者触摸板、加速度传感器、话筒、扬声器、医药技术、海洋技术中应用的超声变换器或者用于材料检验。
[0005]从欧洲专利文献EPl 312 171B1中例如已知一种具有压电元件作为变换器设备的高频发送器。在此情况下将作用于压电元件的机械的力变化变换为电能并且用于高频发送器的自给自足的运行。
[0006]然而现有技术中的缺点是，具有包括提高的压电常数的压电层的层复合物虽然适合传感器应用和能量采集。然而相应的压电层由于可能的调节行程过小而仅有条件地适合于执行器应用。
【发明内容】
[0007]因此本发明所基于的任务在于，提供一种层复合物，其不仅适合传感机构和能量采集的应用，而且也适合执行机构应用。
[0008]前面导出和说明的任务根据本发明的第一方面由一种层复合物解决，所述层复合物包括至少两个在第一导电层和第二导电层之间设置的电活性层，其中在至少两个电活性层之间设置至少一个导电的部分层，并且其中至少两个电活性层中的至少一个是压电层，其特征在于，至少两个电活性层中的至少另一个是介电的弹性体层。
[0009]与现有技术不同，根据本发明的教导，通过在一个唯一的根据本发明的层复合物中的至少两个不同的电活性层使传感机构、执行机构和能量采集的功能集于一体。
[0010]压电层例如可以由适宜的压电聚合物构成并且是压电聚合物薄膜。根据一种优选的实施方式，压电层可以是铁电体层，如铁电体薄膜。压电层可以具有持续压电特性。该持续压电特性例如可以通过压电层的极化或者充电产生。压电层由于提高的压电常数特别是可以适合用于传感器应用和/或能量采集。例如可以提供具有直至IOOOpC / N的压电常数的压电层。
[0011]此外根据本发明的层复合物包括至少一个介电的弹性体层。介电的弹性体层优选具有相对高的介电常数。此外介电的弹性体层优选具有低的机械刚性。这些特征导致直至约300%的可能的延伸值。介电的弹性体层特别是可以用于执行器应用。
[0012]在压电层和介电的弹性体层之间设置至少一个导电的部分层。该部分层应该被理解为，导电材料仅部分地在至少两个电活性层之间存在。例如可以构成结构化的或者分段的层。应该理解，该层也可以是完整层。
[0013]此外在层复合物的上侧设置导电层并且在层复合物的下侧设置导电层。
[0014]导电层特别是可以构造为电极。应该理解，下侧或者上侧可以仅部分用导电层涂层。
[0015]导电层优选可以由选自如下组的材料构成，所述组包括金属、金属合金、导电的低聚物或者聚合物、导电的氧化物和/或用导电的填充材料填充的聚合物。
[0016]通过根据本发明的至少一个介电的弹性体层和至少一个压电层的组合，能够将相应的层类型的特定特征集合到一个层复合物中。结果是一种混合的、紧凑的层复合物，其具有传感机构、执行机构和能量采集的功能。
[0017]原则上，层复合物可以具有许多电活性层，只要设置至少一个压电层和至少一个介电的弹性体层。根据本发明的层复合物的第一实施方式，可以在第一导电层和第二导电层之间设置至少一个另外的压电层。通过设置两个或者更多个压电层例如能够将更多的机械能变换为电能。这些压电层可以由相同的或者不同的材料构成。所述压电层优选可以是铁电体层。
[0018]替换或者附加地，在第一导电层和第二导电层之间设置至少一个另外的介电的弹性体层。在这种情况下在执行器应用的情况下层复合物的可能的厚度改变能够被匹配并且特别是能够被放大。应该注意，在多个电活性层的情况下优选能够在全部相邻的层之间至少部分地设置导电层。
[0019]压电层可以构造为发泡的聚合物薄膜或者构造为由聚合物薄膜或者聚合物织物组成的多层系统并且包括蜂窝状的空腔结构。此外根据一种优选的实施方式压电层可以由聚合物层结构构成。聚合物层结构可以包括空腔。所述空腔例如可以包括选自如下组的气体，所述组包括:氮、一氧化二氮和/或六氟化硫。结构化的压电层可以包括至少两个封闭的外部层和例如一个多孔的或者穿孔的中间层。
[0020]在对压电层激活或者充电后，不同极性的电荷能够在空腔的相对表面上分布。每一个空腔能够构成一个偶极子。如果在压电层上施加机械力，则偶极子大小并且从而偶极矩发生变化。在压电层的两个表面上装配的两个电极之间产生电流流动。具有相应的聚合物层结构的压电层特别适合于传感器应用和能量采集。
[0021]根据本发明的层复合物的另一种实施方式，压电层可以有利地包括选自如下组的材料，所述组包括:聚碳酸酯、全氟化的或者部分氟化的聚合物和共聚物、聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧乙烯、聚酯、聚乙烯对苯二酸酯、聚乙烯萘亚甲盐、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚、聚醚(甲基)丙烯酸脂、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物和/或聚烯烃。
[0022]此外根据本发明的一种优选实施方式，介电的弹性体层可以包括例如选自如下组的材料，所述组包括:聚氨酯弹性体、硅树脂弹性体和/或有机酸酯弹性体。[0023]本发明的另一个方面是包括上面说明的层复合物的机电的变换器设备。本发明的变换器设备特别可以配置用于将作用于其上的机械的力改变变换为电能或者变换为电信号，和在施加电信号、特别是电场的情况下相应改变几何形状。如已经描述的那样，在具有之前所述的层复合物的机电的变换器设备中，执行机构、传感机构和能量采集的功能被集合在一个唯一的设备中。应该理解，机电的变换器设备可以具有两个或者更多个层复合物。
[0024]根据本发明的机电的变换器设备的第一实施方式，层复合物可以与操纵表面连接，使得作用于该操纵表面上的机械的力改变被变换为电信号。换句话说可以提供一种传感器功能。对操纵表面的操作导致层复合物的形状改变。层复合物的形状改变例如产生电压，该电压可以通过合适的装置被检测到。
[0025]替换地或者附加地，层复合物可以与操纵表面连接为，使得作用于该操纵表面的机械的力改变能够变换为电能。所述操纵表面特别可以是面，例如开关的开关面，该开关面可以由用户驱动。操纵面可以这样与层复合物连接，特别与层复合物的电极连接，使得作用于该操纵面的力也作用于该层复合物。机械的力改变，例如通过使用者的手指的压力，于是可以被变换为电能或者电信号。
[0026]为继续处理产生的电信号或者使用产生的电能，根据本发明的机电的变换器设备的另一种实施方式可以提供能与层复合物电连接的电路装置。该电路装置可以以合适的方式与导电层连接。该电路装置可以具有模拟的和/或数字的部件，以便继续处理如电压或者电流的电信号，和/或至少部分地存储电能。作为存储器例如可以在该电路装置中提供合适的电容元件。此外可以将该电路装置配置为，使得能够向层复合物的至少一些电极施加电压。应该理解，该电路装置可以相应于机电的变换器设备的希望的功能来构造。
[0027]根据本发明的机电设备的一种优选的实施方式，所述电路装置可自给自足地通过变换为电能的机械能驱动。换句话说，所述电路装置能够仅用作用于设备的机械的力改变特别是与另外的能源无关地被驱动。不需要附加的能量存储器来附加地供给能量。然而应该理解，可以提供用于存储、特别是中间存储通过机械的力改变所产生的电能的能量存储器。例如可以将产生的电能收集在存储器装置中，所述存储器装置如电容器、超级电容器和/或电池。这在通过机电的变换器设备的单次操作不能提供足够的能量而是需要多次操作时可能是需要的。当收集了足够的能量时，可以执行希望的动作。
[0028]替换地，所述电路装置可以包括能源。当能通过层复合物产生的电能不够实施一个或者多个希望的动作时，可能需要例如能量存储器形式的附加的能源。能量例如可能由于层复合物的预先给定的紧凑的并且特别是平面的实施方式和/或由于要实施的功能而不够。
[0029]电路装置优选可以配置为，使得电路装置可通过变换为电能的机械能从静止状态被置于运行状态。换句话说，电路装置能够从睡眠状态被唤醒。然后该电路装置可以由能量存储器、如电池供给能量。在实施至少一种动作后电路装置能够(自动地)被置于静止状态。由此能够显著地延长能量存储器的寿命。例如能够实现20年的寿命(例如在使用锂-二氧化锰电池的情况下)。能够通过很少的维护以长的寿命实现多种包括处理器、存储器等等的电路装置。
[0030]根据一种有利的实施方式，电路装置可以包括用于发送信号的发送元件。这特别是可以涉及用于发送无线电信号——如短脉冲、数据电报等等——的发送元件。发送元件例如可以具有天线装置。例如可以向远方的接收器发送无线电信号。所述接收器可以包括执行器并且例如可以操控消耗器，如供暖装置或者照明设备。
[0031]此外无线电信号例如可以具有单义的标识，所述标识使得能够识别发送器，亦即机电的变换器设备。一种相应的设备例如可以在安全系统或者人员监视系统中使用。根据该标识能够进行操纵者的定位。
[0032]在变换器设备中能够借助机械的压力触发动作。然而使用者自身特别是在变换器设备的非常短的操作行程的情况下不能确定，是否实际上检测到其接触。为向使用者给出关于机电的变换器设备的驱动实际上被触发的反馈，根据一种优选的实施方式可以将机电的变换器设备的层复合物构造为，使得通过操纵表面输出触觉反馈。触觉反馈例如可以通过振动和/或(反)压力给出。
[0033]根据本发明的机电的变换器设备的另一种优选的实施方式，可以为了触觉反馈给至少一个介电的弹性体层如此施加电压，使得该弹性体层以可预定的频率产生至少0.1 μ m、优选至少10 μ m的厚度改变。可以将电场、特别是交变场至少施加到两个电极上，所述两个电极设置在至少一个介电的弹性体层的表面上。已经认识到，在例如通过使用者的手指操纵机电的变换器设备时，足够的触觉反馈的实现取决于厚度改变和频率。特别是已经认识到，在200和250Hz之间的频率范围中具有约0.1 μ m的感觉阈值的人类手指最敏感的。在另外的频率范围的情况下例如通过设置多个介电的弹性体层能够实现较大的厚度改变。在小的操作行程的情况下使用者也获得良好的触觉反馈。
[0034]此外操纵表面可以构造为用于触发一个或者多个动作的段。根据另一种实施方式，操纵表面可以包括用于触发第一动作的第一段和用于触发第二动作的至少一个第二段。每一个段例如可以与单独的层复合物连接，以便触发不同的动作。应该理解，操纵元件也可以划分为三个或者更多个段，例如用于实施另外的动作。
[0035]根据另一种实施方式，机电的变换器设备可以是传感器装置，如开关装置。例如机电的变换器设备可以是按键传感器、平面传感器或者地板传感器。
[0036]常规结构形式的按键传感器优选可以用两个或者更多个压电层构造。这使得能够实现例如直至约2_的操作行程。此外两个或者更多个压电层使得能够实现例如直至约5N的力。在例如直至约2mm的操作行程和直至约5N的力的情况下能够借助机械的或者电气的匹配获得足够高的、短时的中间存储的电能，借助该电能能够运行自给自足的按键传感器，如无线电摇动按键。
[0037]平面传感器可以为了视觉上吸引人的并且特别是平面的构造而仅具有一个压电层和一个介电的弹性体层。在这种平面传感器的情况下能够实现小于500μπι的(不被注意的)操作行程。平面传感器能够用小于IN的力操作。特别是通过介电的弹性体层能够提供触觉反馈来作为对平面传感器的操作的确认。除触觉反馈外，能够从要驱动的元件向使用者传输反馈。例如能够发送无线电信号。
[0038]机电设备的另一种应用可能性是地板传感器，如智能地板元件(智能地毯)。该设备例如可以以瓷砖的形式构成，其例如可以具有IOOcm2或者更大的面积。此外该瓷砖可以具有约Imm的厚度。该地板元件特别是可以具有多个压电层。约100Ν和更大的操纵力是可能的。由此能够实现大于300 μ J的能量。除获得能量的功能外，层复合物可以用作用于定位例如踩在瓷砖上的操纵者的传感器元件。[0039]按键传感器、平面传感器或者地板传感器例如可以在建筑物自动化系统中或者在人员监视、如病人监视的情况下使用。相应的传感器能够在机械负载的情况下例如将信号发送给一个或者多个接受机。接收的信号然后可以被继续处理并且例如触发警报的动作或者消耗器被激活或者去激活。
[0040]例如可以在建筑物中提供许多地板传感器，其中可以给每一个传感器分配单义的标识。在监视系统中能够通过如下方式定位使用者，即通过操作传感器向处理装置发送该操作传感器的标识，该标识允许推断出该传感器从而该操纵者的位置。
[0041]只要电输出参量是可复现的和长期稳定的并且例如与人或者物体的重量关联，则可以将所测量的“重量”绑定到无线电电报中并且由此获得关于智能地板上的人或者车辆的附加信息。在这种情况下例如在老年病学技术中或者为AAUAmbient AssistedLiving(环境辅助生活))的所有形式得出感兴趣的应用。
[0042]按键传感器还可以在如汽车钥匙或者门钥匙的钥匙中使用，以便例如每一个无线电激活一个相应的设备。例如相应的汽车钥匙能够自给自足地被运行。
[0043]应该理解，根据另外的变型，本发明的层复合物或者本发明的机电设备还可以用于其他的应用，如用在键盘或者触摸板的结构化的压力传感器、加速度传感器、话筒、扬声器中、用在医药技术、海洋技术应用中的超声变换器中或者用于材料检验。作为一般机械压力传感器的应用在自动化技术和汽车技术中也是可能的，那里例如作为转向轮传感器或者座椅传感器。
[0044]此外优选使用的材料的高的灵敏性使得该传感器能够在仅轻微下陷的但是在其他情况下为硬的板之下运行。这例如在具有薄钢板的不会被损坏的键盘中使用，所述键盘例如由Screentec公司(芬兰)制造，但是例如也可以在所述的“智能地毯”传感器应用中使用。
[0045]本发明的另一方面是一种用于制造层复合物的方法，所述层复合物具有至少两个在第一导电层和第二导电层之间设置的电活性层，其中在至少两个电活性层之间设置至少一个导电的部分层，其中至少两个电活性层中的至少一个是压电层，并且其中至少两个电活性层中的至少另一个是介电的弹性体层。所述方法包括如下步骤:提供至少一个压电层、提供至少一个介电的弹性体层、连接压电层与介电的弹性体层，其中在连接压电层与介电的弹性体层之前，将至少一个导电层施加到压电层和/或介电的弹性体层上。
[0046]优选地，所提供的压电层例如可以在两侧至少部分地配备导电层。然后可以将介电的弹性体层优选直接与这些导电层中的至少一个连接。此外可以在另一个步骤中使介电的弹性体层至少部分地配备另一个导电层。应该理解，可以首先给介电的弹性体层优选在两侧用导电层涂层。然后接着可以施加压电层。
[0047]此外应该理解，根据本发明的另外的变型，可以在另外的步骤中设置另外的压电层和/或另外的介电的弹性体层。例如，包括在两个导电层之间设置的至少一个压电层和至少一个介电的弹性体层的层复合物可以与结构相同的层复合物级联。
[0048]此外根据本发明方法的第一实施方式，介电的弹性体层或者压电层可以层压到导电层上。这以简单的方式导致相应的层之间的特别良好的接触。
[0049]根据本发明方法的一种优选的实施方式，介电的弹性体层或者压电层可以至少部分地压上导电层。例如可以压上结构化的电极。压合方法能够以简单的方式执行。特别是能够以提高的生产率实现层复合物的批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]现在有许多可能性来构造和扩展本发明的层复合物、本发明的机电的变换器设备和用于制造层复合物的本发明的方法。为此一方面参照从属于独立权利要求的权利要求，另一方面结合附图参照实施例的说明。在附图中:
[0051]图1示出根据本发明的层复合物的第一实施例的示意性视图，
[0052]图2示出根据本发明的层复合物的第二实施例的示意性视图，
[0053]图3示出根据本发明的层复合物的第三实施例的示意性视图，
[0054]图4示出根据本发明的机电的变换器设备的第一实施例的示意性视图，
[0055]图5示出根据本发明的用于制造层复合物的方法的第一实施例的流程图，
[0056]图6示出根据本发明的用于制造层复合物的方法的第二实施例的流程图。
[0057]下面相同的附图标记用于相同的元件。
【具体实施方式】
[0058]图1示出根据本发明的层复合物2的第一实施例的示意性视图。所示层复合物2包括两个电活性层4和6。
[0059]电活性层4是介电的弹性体层4。介电的弹性体层4有利地具有相对高的介电常数。此外介电的弹性体层4有利地具有低的机械刚性。这导致直至约300%的可能的延伸值。介电的弹性体层4特别可以用于执行器应用。
[0060]第二电活性层6构造为压电层6。所示的压电层6例如可以由适宜的压电聚合物构成并且例如可以是压电聚合物薄膜或者铁电体薄膜。所示的压电层6具有聚合物层结构。该聚合物层结构具有(有针对性地)引入的空腔10。
[0061]例如为产生空腔10可以提供一个平面的聚合物层和一个波状的聚合物层，它们在波谷处彼此连接。在压电层6的一种替换的构造中可以通过桥接片连接两个平面的聚合物层，以便形成空腔10。
[0062]在将压电层6设置在层复合物2中之前可以对压电层6充电。该充电或者极化例如可以借助直接充电或者电晕放电来执行。通过充电或者极化，压电层6具有持续压电特性。压电层6特别可以用于传感器应用和/或用于能量采集。
[0063]此外从图1中可以得知，在介电的弹性体层4和压电层6之间设置至少一个导电的部分层8。可以理解，也可以设置多个层和/或一个完整层。该导电层8优选可以平面地与介电的弹性体层4和/或压电层6连接。导电的部分层8特别可以构造为电极。例如该电极可以由金属、金属合金、导电的低聚物或者聚合物、导电的氧化物和/或用导电的填充材料填充的聚合物制成。
[0064]此外两个电活性层4和6设置在两个另外的导电层12和14之间。
[0065]层14施加在压电层6上并且特别可以几乎完全地覆盖压电层6的表面。导电层12可以施加在介电的弹性体层4上。例如可以提供分段的层12。导电层12和14优选也基于金属地构造。
[0066]包括至少一个介电的弹性体层4和至少一个压电层6的混合的层复合物2的特点特别在于，三种功能组合在一个唯一的层复合物中并且能够提供使用。特别是通过一个唯一的层复合物提供执行机构、能量采集和传感技术的功能。
[0067]在介电的弹性体层的情况下该层的面积由于施加电场改变，而在铁电体薄膜的情况下基本上(仅)层的厚度改变。两种层类型的设置导致，形状改变基本上仅可在垂直于层4和6的表面的方向X上执行。这样层复合物2的厚度可以改变，也就是说能够放大或缩小，而不会在另一方向上发生明显的形状变化。应该注意，根据应用情况，在另一方向上的形状变化可以是允许的。
[0068]此外在图2中示出根据本发明的层复合物2.1的另一个实施例。如从图2中可以得知的那样，层复合物2.1具有两个根据图1的层复合物2。特别是层复合物2镜像反转地相叠设置。可以理解，可以仅提供一个导电层12，或者层复合物2的两个层12可以彼此连接成一个层12。
[0069]图3示出根据本发明的层复合物2.2的第三实施例。层复合物2.2包括两个例如级联的根据图2的层复合物2.1。可以理解，继续级联是可能的。此外应该理解，可以仅提供一个层14，或者层复合物2.2的两个层14可以彼此连接成一个层14。
[0070]还应该理解，根据本发明的其他变型，复合物层可以构造成任意其他的形式，只要提供至少一个介电的弹性体层和至少一个压电层。例如可以提供两个或者更多个压电层与一个(或者多个)弹性体层。
[0071]图4示出根据本发明的机电的变换器设备16的一个实施例的简化视图。该机电的变换器设备16例如可以构造为开关，如按键传感器、平面传感器，或者构造为智能的地板元件。变换器设备16特别是可以在建筑物自动化系统中使用。这样变换器设备16可以用于操控供暖、照明、遮光装置等，或者在老年病学(活动检测和坠落检测)中或者在安全技术中使用。
[0072]机电的变换器设备16包括层复合物18，其为有利于更好的图示而未详细地示出。例如可以使用根据图1到3的层复合物2、2.1或者2.2。
[0073]层复合物18的构造可以特别是针对根据机电的变换器设备16的应用。
[0074]常规结构形式的按键传感器可以优选用两个或者更多个压电层6来构造。这使得能够实现例如直到约2mm的操作行程。此外两个或者更多个压电层6使得能够将例如直到约5N的机械力变换为电能。
[0075]相反，平面传感器可以具有尽可能少的层数和/或厚度小的层。平面传感器例如可以具有压电层和介电的弹性体层。在这种平面传感器的情况下实现小于500μπι的(不被注意的)操作行程。平面传感器可以用小于IN的力操作。特别是通过给介电的弹性体层施加电压可以提供触觉反馈作为对于平面传感器的操纵的确认。除触觉反馈外可以从要驱动的元件向使用者传输反馈。例如这可以通过无线电信号进行。
[0076]变换器设备16的另一种应用可能性是地板传感器，如智能的地板元件。例如变换器设备16可以以瓷砖的形式构造，其例如可以具有IOOcm2或者更大的面积。此外该瓷砖可以具有约Imm的厚度。该地板元件可以特别是具有多个压电层。100Ν和更大的操纵力是可能的。由此实现大于300 μ J的能量。
[0077]层复合物18，特别是上面的电极，可以与操纵表面20连接。应将操纵表面理解为这样的面，其由使用者驱动，也就是说例如可以被施加压力，以便引起希望的功能。[0078]基本上操纵面20可以任意地构造。例如操纵面20可以具有第一段20.1和第二段20.2，它们例如可以在视觉上不同。第一段20.1可以被提供用于第一个动作，并且第二段20.2可以被提供用于第二个动作。应该理解，也可以提供比仅两个段更多的段或者也可以仅提供一个段。
[0079]电路装置22可以与层复合物18连接。电路装置22可以与层复合物18的电极连接。电路装置22和层复合物18可以集成在(未示出的)壳体中或者模块化地构造。模块化的构造例如使得能够为获得不同的功能而灵活地组装不同的元件。
[0080]电路装置22可以被设计为，根据按照机电的变换器设备的操作所返回的电信号来引起动作。例如可以在电路装置22中提供发送元件24。该发送元件24可以在从层复合物18接收到电信号时引起信息被发送出。特别是可以发送出无线电信号。应该理解，替换地或者附加地也可以提供有线连接的接口。
[0081]所发送出的信息可以由一个或者多个接收器28.1、28.2接收。接收器28.1、28.2可以包括执行器或者与执行器连接，以便根据所接收的信息操控(未示出的)消耗器。如已经所述的那样，例如可以操控供暖等等。此外所接收的信息(例如单义的标识)能够给出对操纵者的位置的推断。
[0082]一种向电路装置22供给能量以例如产生无线电信号的可能性在于，使用以机械方式作用于操纵表面20的力。如已经所述的那样，压电层6特别适合能量采集。例如在上述按键传感器的情况下，变换成电能的机械能足以发送无线电信号。特别是可以收集所产生的电能并且例如借助电容器、超级电容器或者电池对所述电能进行中间存储。当已经存储有用于执行动作的足够能量时，于是可以实施该动作。可以提供自给自足的机电的变换器设备16。
[0083]电路装置22可以可选地包括能量存储器26，如电池。能量存储器26可能特别是当通过机械的力改变能产生的电能不足以自给自足地运行电路装置22时是特别需要的。这例如在例如仅能包括一个压电层6的平面传感器的情况下是这种情况。在考虑到结构空间关系的情况下能够产生例如约IOOpJ的能量。该能量可以用于将电路装置22从静止状态置于运行状态，亦即唤醒。然后电路装置22可以由能量存储器26供电，以便实施至少一种希望的功能。接着该电路装置可以优选自动地被重新置于静止状态。
[0084]静止电流消耗在这种机电的变换器设备16的情况下位于能量存储器26的自放电的附近。唤醒能量可以仅通过机械的力改变产生。能够实现例如大于20年的寿命(例如在使用锂-二氧化锰电池的情况下)。
[0085]此外，当由电路装置要执行的操作需要比通过机械的力改变所能提供的能量更多的能量时，可能需要能量存储器。在此情况下应该理解，电路装置可以包括另外的部件，如处理器、存储器或者接口。
[0086]此外电路装置22可以与介电的弹性体层4的至少电极如此连接，使得能够为用于产生厚度改变的执行器应用施加电场。例如可以通过机电的变换器设备16的执行器功能向使用者给出触觉反馈。这样能够产生具有200到250Hz频率的交变场。通过该交变场例如可以生成至少0.1 μ m、优选10 μ m的机电的变换器设备16的厚度改变。已经认识到，正好在该参数值的情况下人的手指特别敏感。
[0087]图5示出根据本发明的用于制造层复合物的方法的第一实施例。[0088]在第一步骤601中可以提供压电层6，例如铁电体薄膜。在第二步骤602中可以在压电层6的至少一侧上例如通过涂层施加导电的部分层8。然后在第三步骤603中可以将所提供的介电的弹性体层4施加到、例如层压到至少一个导电层8上。可以以简单的方式制造具有压电层4和介电的弹性体层6的层复合物2.1。
[0089]应该理解，处理步骤的顺序原则上可以是任意的。特别是可以替换地在第一步骤中提供介电的弹性体层4，该介电的弹性体层4然后可以首先被配备导电层8。然后接着可以设置压电层6。
[0090]在图6中示出根据本发明的用于制造层复合物的方法的另一个实施例。
[0091]在第一步骤701中可以首先提供压电层6，如铁电体薄膜。
[0092]在第二步骤702中可以给压电层6优选在两侧用导电层8、14涂层。特别是可以给压电层6在两个表面上全面地涂层。除全面涂层外也可以给压电层仅部分地用导电层8或14涂层。可以产生结构化的电极。特别是可以由此实现活性的或者惰性的区域。
[0093]然后可以在步骤703中将介电的弹性体层4、特别是弹性体薄膜层压到上面的和下面的导电层8、14上。
[0094]可以优选的是，介电的弹性体层4(仅)部分地被层压。这由于介电的弹性体层4和压电层6的不同的延展可能特别有利。
[0095]介电的弹性体层4可以又在下一步骤704中在其上侧压上优选分段的导电层12，如结构化的电极。结构化的电极的特点特别在于惰性的和活性的区域。由此能够在层复合物2的稍后的运行中保证相对于接地层的绝缘。
[0096]此外该层复合物2可以与结构相同的层复合物2镜像反转地连接，特别是层压(步骤706)。例如层12可以彼此连接。
[0097]可选地，层复合物可以通过级联两个或者更多个层复合物2.1来制造(步骤707)。例如可以将两个层复合物2.1通过堆叠、粘接或者层压来级联。
[0098]在另一步骤708中可以以希望的形式利用可预先规定的大小生成所制造的层复合物。例如可以冲压出单个的层复合物。
[0099]然后可以将所制造的层复合物在另一方法中与电路装置电气连接。特别是可以将电路装置与构造为电极的导电层连接。
[0100]这里还应该理解，根据本发明的其他变型，所述步骤的另一种顺序是可能的，并且顺序特别是可以取决于层复合物的具体的构造。例如可以首先将两个相同类型的层彼此连接并且然后才装配另一层类型。
【权利要求】
1.层复合物(2、2.1、2.2、18)，包括: -至少两个在第一导电层(12)和第二导电层(14)之间设置的电活性层(4、6)， -其中在至少两个电活性层(4、6)之间设置至少一个导电的部分层(8)，并且 -其中至少两个电活性层(4、6)中的至少一个是压电层(6)， 其特征在于， 至少两个电活性层(4、6)中的至少另一个是介电的弹性体层(4)。
2.根据权利要求1所述的层复合物(2、2.1、2.2、18)，其特征在于， -在第一导电层(12)和第二导电层(14)之间设置至少一个另外的压电层(6)，和/或 -在第一导电层(12)和第二导电层(14)之间设置至少一个另外的介电的弹性体层⑷。
3.根据权利要求1或2所述的层复合物(2、2.1、2.2、18)，其特征在于，压电层(6)是铁电体层。
4.根据上述权利要求之一所述的层复合物(2、2.1、2.2、18)，其特征在于， -压电层(6)包括选自如下组的材料，所述组包括:聚碳酸酯、全氟化的或者部分氟化的聚合物和共聚物、聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧乙烯、聚酯、聚乙烯对苯二酸酯、聚乙烯萘亚甲盐、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚、聚醚(甲基)丙烯酸脂、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物和/或聚烯烃，和/或 -介电的弹性体层(4)包括选自如下组的材料，所述组包括:聚氨酯弹性体、硅树脂弹性体和/或有机酸酯弹性体。
5.机电的变换器设备(16)，包括根据上述权利要求1至4之一所述的层复合物(2、2.1,2.2,18)。
6.根据权利要求5所述的机电的变换器设备(16)，其特征在于，层复合物(2、2.1,2.2、18)与操纵表面(20)连接，使得作用于该操纵表面(20)上的机械的力改变能够变换为电信号和/或变换为电能。
7.根据权利要求5或6所述的机电的变换器设备(16)，其特征在于，提供能与层复合物(2、2.1、2.2、18)连接的电路装置(22)。
8.根据上述权利要求5至7之一所述的机电的变换器设备(16)，其特征在于， -电路装置(22)能自给自足地通过变换为电能的机械能运行，或者 -电路装置(22)包括能源(26)，其中电路装置(22)能通过变换为电能的机械能从静止状态置于运行状态。
9.根据上述权利要求5至8之一所述的机电的变换器设备(16)，其特征在于，电路装置(22)包括用于发送信号的发送元件(24)。
10.根据权利要求9所述的机电的变换器设备(16)，其特征在于，为了触觉反馈至少向介电的弹性体层(4)施加电压，使得利用可预先规定的频率产生层复合物(2、2.1,2.2,18)的至少0.1 μ m的厚度改变。
11.根据权利要求5至10之一所述的机电的变换器设备(16)，其特征在于，操纵表面(20)包括用于触发第一动作的第一段(20.1)和用于触发第二动作的至少一个第二段(20.2)。
12.根据权利要求5至11之一所述的机电的变换器设备(16)，其特征在于，机电的变换器设备(16)是机械式压力传感器，特别是按键传感器、平面传感器或者地板传感器。
13.用于制造层复合物(2、2.1,2.2、18)的方法，所述层复合物(2、2.1,2.2、18)具有至少两个设置在第一导电层(12)和第二导电层(14)之间的电活性层(4、6)，其中在至少两个电活性层(4、6)之间设置至少一个导电的部分层(8)，其中至少两个电活性层(4、6)中的至少一个是压电层(6)，并且其中至少两个电活性层(4、6)中的至少另一个是介电的弹性体层(4)，所述方法包括: -提供至少一个压电层(6)， -提供至少一个介电的弹性体层(4)， -连接压电层(6)与介电的弹性体层(4)， -其中在连接压电层(6)与介电的弹性体层(4)之前，将至少一个导电的部分层(8)施加到压电层(6)和/或介电的弹性体层⑷上。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，介电的弹性体层(4)或者压电层被层压到导电的部分层(8)上。
15.根据权利要求13或14之一所述的方法，其特征在于，介电的弹性体层(4)或者压电层(6)至少部分地被压上导电层(12、14)。
【文档编号】H01L41/083GK103765620SQ201280012235
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年3月6日 优先权日:2011年3月7日
【发明者】R·格哈德, W·维尔格斯, J·马斯, C·格拉夫, H·蒙丁格, W·延宁格 申请人:拜耳材料科技股份有限公司, 东威斯特法伦-利普学院