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Piezoelektrische Vorrichtung - Dokument DE102006012321A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006012321A1 20.09.2007
Titel Piezoelektrische Vorrichtung
Anmelder FESTO AG & Co, 73734 Esslingen, DE
Erfinder Schmid, Andreas Joseph, Dr.-Ing., 96450 Coburg, DE;
Weinmann, Michael, Dr.-Ing., 73655 Plüderhausen, DE;
Berger, Nicolas, Dr.rer.nat., 70736 Fellbach, DE
Vertreter Patentanwälte Magenbauer & Kollegen, 73730 Esslingen
DE-Anmeldedatum 17.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006012321
Offenlegungstag 20.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse F16K 31/02(2006.01)A, F, I, 20070130, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 41/09(2006.01)A, L, I, 20070130, B, H, DE   H01L 41/047(2006.01)A, L, I, 20070130, B, H, DE   H02N 2/04(2006.01)A, L, I, 20070130, B, H, DE   H02N 2/18(2006.01)A, L, I, 20070130, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird eine piezoelektrische Vorrichtung vorgeschlagen, beispielsweise ein Aktuator, ein Sensor oder ein Energiegenerator. Sie enthält mindestens einen Piezowandler (4), der mindestens eine auf entgegengesetzten Seiten von Elektrodenschichten (18, 19) flankierte und aus piezoelektrischem Werkstoff bestehende Piezoschicht (17) aufweist. Mindestens eine der Elektrodenschichten (18, 19) besteht aus einem intrinsisch leitfähigen organischen Polymermaterial. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Piezowandlers (4) verlängert werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Vorrichtung, mit mindestens einem Piezowandler, der mindestens eine auf entgegengesetzten Seiten von Elektrodenschichten flankierte und aus piezoelektrischem Werkstoff bestehende Piezoschicht aufweist.

Eine aus der WO 01/89004 A1 bekannte piezoelektrische Vorrichtung umfasst einen als Biegeelement ausgebildeten Piezowandler mit einer oder mehreren aus piezoelektrischem Werkstoff bestehenden Piezoschichten. Jede Piezoschicht ist auf einander entgegengesetzten Seiten von je einer Elektrodenschicht flankiert. Durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden kann eine Verformung der jeweils zugeordneten Piezoschicht hervorgerufen werden, woraus eine Auslenkung des Biegewandlers resultiert. Die piezoelektrische Vorrichtung ist beispielsweise ein Aktuator und insbesondere die Betätigungsvorrichtung eines Piezoventils.

Bei der vorgenannten Anwendung wird der sogenannte reziproke oder inverse piezoelektrische Effekt des verwendeten piezoelektrischen Werkstoffes ausgenutzt. Legt man eine elektrische Spannung an beispielsweise eine scheibenförmige oder plattenförmige Piezoschicht an, so tritt auf Grund des reziproken piezoelektrischen Effektes eine Dickenänderung auf. Diese Eigenschaft ermöglicht den Bau von Aktuatoren.

Andere Anwendungen piezoelektrischer Vorrichtungen basieren auf dem direkten piezoelektrischen Effekt. Bei äußerer Belastung einer Piezoschicht werden die Ionen des Kristallgitters elastisch gegeneinander verschoben, wobei nach außen hin eine elektrische Polarisation resultiert, was ein Aufladen der die Piezoschicht flankierenden Elektrodenschichten zur Folge hat und mithin eine abgreifbare Spannung. Auf dieser Grundlage können beispielsweise Piezosensoren oder auch Energiegeneratoren konzipiert werden.

Die Elektrodenschichten bestehen heutzutage meist aus einer aufgebrachten Metallisierungsschicht, beispielsweise aus Silber oder Palladium. Aufgebracht werden sie beispielsweise durch Einbrennen (sogenannter "Einbrennsilberprozess"), durch Anwenden der Sputtertechnologie oder unter Verwendung herkömmlicher Siebdruckpasten.

Erfahrungsgemäß lässt die Leistung eines Piezowandlers mit zunehmender Einsatzdauer nach. Ursache scheinen Alterungsprozesse des piezoelektrischen Werkstoffes im Grenzbereich zur aufgebrachten Elektrodenschicht zu sein. Der piezoelektrische Werkstoff, in der Regel eine Blei-Zirkonat-Titanat-Verbindung (PZT), wird lokal porös, sodass das Volumen des für die Piezoeffekte ausnutzbaren Materials abnimmt. Die Piezoschicht wird praktisch partiell inaktiv.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, der Problematik der mit der Zeit nachlassenden Leistung von Piezowandlern entgegenzuwirken.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass mindestens eine der Elektrodenschichten aus einem intrinsisch leitfähigen organischen Polymermaterial besteht.

Intrinsisch leitfähige organische Polymere sind Polymere, die den elektrischen Strom ohne Zusatz leitfähiger, anorganischer Stoffe leiten. Sie verfügen über eine inhärente Leitfähigkeit, hervorgerufen beispielsweise durch Protonierung. Vertreter dieses Materialtyps sind beispielsweise Polythiophene, Polyanilin oder Polypyrrol. Vor allem bei relativ geringen Materialschichten verfügen diese Polymermaterialien über eine relativ gute Elastizität.

Das intrinsisch leitfähige organisch Polymermaterial kann als dünne Elektrodenschicht auf eine aus piezoelektrischem Werkstoff bestehende Piezoschicht aufgebracht werden. Gegenüber den oben geschilderten konventionellen Herstellungsverfahren für Elektrodenschichten können hierbei bei Bedarf wesentlich geringere Schichtdicken verwirklicht werden.

Wie sich gezeigt hat, tritt im Betrieb eines erfindungsgemäß ausgestalteten Piezowandlers der bisherige, mit der Zeitdauer des Einsatzes zusammenhängende Leistungsabfall nicht oder nur in geringem Maße auf. Die Anmelderin führt dies darauf zurück, dass auf Grund der möglichen geringen Schichtdicken und der Elastizität des organischen Polymermaterials beim Aufbringen der Elektrodenschicht nurmehr geringe Druckspannungen in den piezoelektrischen Werkstoff der Piezoschicht eingeprägt werden. Bei konventionellen Techniken entstehen in der Grenzschicht zwischen der Elektrodenschicht und der Piezoschicht relativ hohe, permanent vorhandene Druckspannungen, die das Verformungsverhalten des piezoelektrischen Werkstoffes behindern und dadurch eine relativ rasche Alterung des piezoelektrischen Materials hervorrufen. Durch die Verringerung der mechanischen Spannungen bei der erfindungsgemäßen Bauform wird dieser Alterungsprozess stark verringert. Erste Versuche haben gezeigt, dass die Alterungsprozesse im Vergleich zu Elektrodenstrukturen aus Einbrennsilber um mehr als 30% zurückgehen. Somit wird beispielsweise bei Piezoventilen, bei denen die piezoelektrische Vorrichtung als Betätigungsvorrichtung eingesetzt wird, die Lebensdauer bei gleichzeitig verbesserter Leistung deutlich verlängert.

Zwar ist die elektrische Leitfähigkeit von intrinsisch leitfähigem organischem Polymermaterial nicht sehr groß und jedenfalls geringer als diejenige von Metallen. Wie sich jedoch herausgestellt hat, ist die Leitfähigkeit für die Anwendung als Elektrodenschicht in einer piezoelektrischen Vorrichtung mehr als ausreichend.

Die aus dem leitfähigen organischen Polymermaterial bestehende Elektrodenschicht kann durch unterschiedlichste Prozesse oder Prozesskombinationen relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden. Sie lässt sich beispielsweise durch Sprühen, Streichen, Bürsten, Schleudern oder sogenanntes Rollercoating auf die Piezoschicht oder eine dieser zugeordnete Trägerschicht aufbringen. Besonders vorteilhaft ist auch ein Aufbringen durch Drucken, beispielsweise durch Siebdruck oder Tampondruck. Durch die Vielzahl der möglichen Beschichtungsverfahren können einerseits unterschiedlichste Eigenschaften der Elektrodenschichten wie Form, Dicke oder auch der elektrische Widerstand eingestellt werden. Dies stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber den herkömmlichen Elektrodenstrukturen für piezoelektrische Vorrichtungen dar.

Durch die Wahl des Herstellungsverfahrens können auch die Prozesskosten optimiert werden. Die Trocknung der Polymermaterialschichten kann beispielsweise In einem Temperaturbereich zwischen 80°C und 200°C derart optimiert abgewickelt werden, dass bereits nach wenigen Minuten der gewünschte Trocknungsgrad erreicht ist. Diese schnelle Trocknung ist ein wesentlicher Kostenvorteil gegenüber polymeren Elektrodenstrukturen, die nicht aus intrinsisch leitfähigen organischem Polymermaterial bestehen, und bei denen die Leitfähigkeit auf einer physikalischen Einlagerung leitfähiger Partikel, beispielweise Kohlenstoffpartikel, basiert.

Bei Bedarf besteht überdies die Möglichkeit, in einem oder mehreren Prozessen neben den Elektrodenschichten auch Kontaktierungsmaßnahmen zu einer zugeordneten Elektronik zu realisieren oder gar eine elektronische Schaltung in Kombination mit den Elektrodenschichten unmittelbar an oder in einem Piezowandler vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Maßnahme ist bei unterschiedlichst aufgebauten Piezowandlern realisierbar. So kann es sich bei den mit den Elektrodenschichten versehenen Piezoschichten beispielsweise um monolithische Piezokörper handeln oder auch um Piezoschichten innerhalb eines Multilayer-Piezokörpers, der dann in der Regel sowohl an der Außenfläche der äußersten Piezoschichten als auch zwischen benachbarten Piezoschichten je eine Elektrodenschicht aufweist. Ungeachtet des jeweiligen Aufbaus ist es von Vorteil, wenn sämtliche Elektrodenschichten des Piezowandlers aus dem intrinsisch leitfähigen organischen Polymermaterial bestehen.

Zu erwähnen ist auch noch die hohe chemische und mechanische Festigkeit und Beständigkeit des vorgenannten organischen Polymermaterials, was einen weiteren Faktor zur Verlängerung der Lebensdauer des Piezowandlers darstellt. Überdies ist über einen sehr weiten thermischen Arbeitsbereich eine hohe Temperaturbeständigkeit gegeben.

Bei Bedarf kann mindestens eine Elektrodenschicht optisch transparent ausgeführt werden. Dies ermöglicht optische Untersuchungen des Piezowandlers. Beispielsweise kann dessen Geometrie durch die transparente, elektrisch leitfähige Elektrodenschicht hindurch per Laserscannung begutachtet werden. Auch eine relativ einfache Überwachung oder Untersuchung hinsichtlich Rissbildung ist möglich.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine im Zusammenhang mit einem Piezoventil realisierte piezoelektrische Vorrichtung bevorzugter Bauart, wobei das Gehäuse des Piezoventils nur schematisch angedeutet ist und wobei der Piezowandler als Biegeelement ausgebildet ist,

2 einen Längsschnitt durch die piezoelektrische Vorrichtung der 1 gemäß Schnittlinie II-II, wobei strichpunktiert ein möglicher Multilayeraufbau des Piezokörpers angedeutet ist, und

3 eine alternative Bauform der piezoelektrischen Vorrichtung mit einem als Stapeltranslator ausgebildeten Piezowandler.

Die 1 zeigt insgesamt in schematischer Weise ein zur Steuerung einer Fluidströmung dienendes Piezoventil 1. Dieses besitzt ein strichpunktiert angedeutetes Gehäuse 2, in dessen Innenraum eine als Betätigungsvorrichtung fungierende piezoelektrische Vorrichtung 3 angeordnet ist oder hineinragt.

Die piezoelektrische Vorrichtung 3, die in 2 nochmals in Alleinstellung gezeigt ist, beinhaltet einen Piezowandler 4, der bei diesem Ausführungsbeispiel als längliches, streifen- bzw. lamellenförmiges Biegeelement 4a ausgebildet ist. Mit anderen Worten handelt es sich hier um einen Biegewandler.

Das Biegeelement 4a ist exemplarisch an seinem rückwärtigen Endbereich ventilgehäusefest fixiert. Es kann sich beispielsweise um eine feste Einspannung handeln. Bei anderen Anwendungen tritt an die Stelle des Ventilgehäuses eine sonstige Aufhängungsstruktur für die Halterung des Piezowandlers 4.

Der rückwärtige Endbereich des Biegeelementes 4a bildet gleichzeitig einen Anschlussabschnitt 6, in dessen Bereich die für den Betrieb des Biegeelementes 4a erforderliche elektrische Spannung eingespeist wird. Dieser Anschlussabschnitt 6 ist im Betrieb des Biegeelementes 4a in der Regel piezoelektrisch inaktiv.

Wird die piezoelektrische Vorrichtung 3 nicht wie beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 als Aktuator eingesetzt, sondern als Sensor oder als Energiegenerator, kann am Anschlussabschnitt 6 ein Abgriff der Sensorsignale bzw. der erzeugten Spannung erfolgen.

Die Kontaktierung des Piezowandlers 4 geschieht über an dem Anschlussabschnitt 6 vorgesehene, elektrisch leitfähige Anschlussflächen 7, 8. An diesen können, beispielsweise durch Lötverbindungen, zum Anlegen und/oder Abgreifen der elektrischen Spannung geeignete elektrische Leiter 11 angeschlossen sein.

An den Anschlussabschnitt 6 schließt sich, frei auskragend, ein als Arbeitsabschnitt 12 bezeichneter Längenabschnitt des Biegeelementes 4a an, der auf Grund eines entsprechenden Aufbaus piezoelektrisch aktivierbar ist. Durch elektrische Ansteuerung kann somit erreicht werden, dass der Arbeitsabschnitt 12 in einer zu seiner Ausdehnungsebene rechtwinkeligen Auslenkebene gemäß Doppelpfeil 13 seitwärts auslenkbar ist. Das Biegeelement 4a wird dabei in die eine oder andere Richtung ausgebogen.

Durch die erwähnte Auslenkbewegung 13 kann ein mit dem Biegeelement 4a bewegungsgekoppeltes, in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Ventilverschlussglied relativ zu mindestens einer gehäusefesten Ventilöffnung 14 positioniert werden, um eine Fluidströmung zu steuern. Das Ventilverschlussglied kann sich direkt an dem Biegeelement 4a befinden, sodass dieses unmittelbar selbst ein Ventilglied bildet. Alternativ kann das Biegeelement 4a auch nur ein Betätigungselement für ein gesondertes Ventilglied repräsentieren.

Die piezoelektrische Vorrichtung 3 kann auch für andere Aktuatoreinsätze verwendet werden, beispielsweise als Stellvorrichtung zur Betätigung eines beliebigen Bauteils.

Das Biegeelement 4a hat eine im Wesentlichen plattenförmige Gestalt mit einem bevorzugt rechteckigen Grundriss und einer gegenüber seiner Breite größeren Länge. In seiner zur Hauptausdehnungsebene rechtwinkeligen Dickenrichtung besitzt es einen mehrschichtigen Aufbau, wobei die Schichtungsachse in der Zeichnung strichpunktiert bei 15 andeutet ist. In Richtung dieser Schichtungsachse 15 liegen die verschiedenen Piezowandlerschichten flächig aufeinander.

Exemplarisch verfügt das Biegeelement 4a über eine im Betrieb piezoelektrisch inaktive Trägerschicht 16. Sie besteht beispielsweise aus Kunststoffmaterial, aus Metall oder einem kostengünstigen Keramikmaterial.

In Richtung der Schichtungsachse 15 neben der Trägerschicht 16 ist eine aus piezoelektrischem Werkstoff bestehende Materialschicht angeordnet, die auf Grund ihrer piezoelektrischen Eigenschaften als Piezoschicht 17 bezeichnet sei. Ihre Ausdehnungsebene verläuft parallel zu derjenigen der Trägerschicht 16.

Zwischen der Trägerschicht 16 und der Piezoschicht 17 erstreckt sich mit paralleler Ausdehnungsebene eine erste Elektrodenschicht 18 aus elektrisch leitendem Material. Auf der entgegengesetzten Seite ist die Piezoschicht 17 mit einer zweiten Elektrodenschicht 19 belegt, die wiederum aus elektrisch leitfähigem Material besteht. Die Piezoschicht 17 ist somit auf entgegengesetzten Seiten von zwei Elektrodenschichten 18, 19 flankiert.

Die erste Elektrodenschicht 18 ist mit der ersten Anschlussfläche 7 und die zweite Elektrodenschicht 19 mit der zweiten Anschlussfläche 8 elektrisch kontaktiert. Dabei schließen sich die Anschlussflächen 7, 8 entweder unmittelbar an die jeweils zugeordnete Elektrodenschicht 18, 19 an oder unter Zwischenschaltung von elektrischen Verbindungsleitern 21.

Die beiden Elektrodenschichten 18, 19 erstrecken sich jeweils großflächig über die zur Schichtungsachse 15 rechtwinkelige Grundfläche der Piezoschicht 17. Beim Ausführungsbeispiel bedeckt die zwischen der Trägerschicht 16 und der Piezoschicht 17 angeordnete erste Elektrodenschicht 18 die gesamte Grundfläche der Piezoschicht 17, während die zweite Elektrodenschicht 19 nur den Arbeitsabschnitt 12 bedeckt und den Anschlussabschnitt 6 freilässt. Dadurch ist gewährleistet, dass sich beim Anlegen einer Spannung an die beiden Elektrodenschichten 18, 19 nur in dem von der Grundfläche der zweiten Elektrodenschicht 19 bedeckten Volumen der Piezoschicht 17 ein reziproker oder – bei einer Anwendung als Sensor oder Energiegenerator – direkter piezoelektrischer Effekt einstellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 enthält der Piezowandler 4 nur eine einzige, bevorzugt plattenförmige Piezoschicht 17. Diese bildet einen monolithischen Piezokörper 22.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, einen Multilayer-Piezokörper 23 vorzusehen, wie dies in 2 strichpunktiert angedeutet ist. Ein solcher Multilayer-Piezokörper 23 umfasst gemäß der strichpunktierten Darstellung mehrere aufeinandergeschichtete, relativ dünne Piezoschichten 17, zwischen denen ebenfalls im Einzelnen nicht näher dargestellte Elektrodenschichten vorhanden sind. Die vorhandene Mehrzahl von Elektrodenschichten ist dann zuordnungsrichtig mit den Anschlussflächen 7, 8 verbunden, sodass innerhalb der einzelnen Piezoschichten wiederum der gewünschte direkte oder indirekte Piezoeffekt auftreten kann.

An Stelle der Trägerschicht 16 könnte ein weiterer monolithischer Piezokörper oder Multilayer-Piezokörper der geschilderten Bauart vorgesehen sein. Es wäre ebenfalls möglich, die Trägerschicht 16 beizubehalten und auf deren dem vorhandenen Piezokörper 22, 23 entgegengesetzten Seite einen zweiten monolithischen oder mehrschichtigen Piezokörper anzuordnen.

Bei der aus 3 ersichtlichen alternativen Ausführungsform einer piezoelektrischen Vorrichtung 3 ist der Piezowandler 4 als Stapeltranslator 4b konzipiert. Dieser enthält mehrere in Richtung einer Schichtungsachse 15 aufeinanderfolgende, platten- oder scheibenförmige Piezoschichten 17, wobei zwischen jeweils benachbarten Piezoschichten 17 sowie an der in Richtung der Schichtungsachse 15 orientierten Außenfläche der beiden äußeren Piezoschichten 17 je eine Elektrodenschicht 20 angeordnet ist. Durch nicht näher gezeigte elektrische Verbindungsleiter sind diese Elektrodenschichten 20 zuordnungsrichtig mit wiederum zwei Anschlussflächen 7, 8 kontaktiert, von denen jeweils ein elektrischer Leiter 11 abgehen kann.

Die piezoelektrische Vorrichtung 3 gemäß 3 ist als Energiegenerator oder Sensor konzipiert. Bei in Richtung der Schichtungsachse 15 auf den Stapeltranslator 4b alternierend einwirkenden Kräften findet eine oszillatorische Verformung der Piezoschichten 17 statt, sodass an den Anschlussflächen 7, 8 eine pulsierende Spannung abgreifbar ist, was die Speisung eines Energiespeichers oder eines Verbrauchers ermöglicht. Bei einem Einsatz als Positionssensor wird beispielsweise entsprechend der Relativposition zweier den Stapeltranslator 4b beaufschlagter Teile ein unterschiedlicher Verformungsgrad der Piezoschichten 17 hervorgerufen, woraus eine unterschiedlich hohe Spannung resultiert, die als Sensorsignal verwertbar ist.

Allen Ausführungsbeispielen der piezoelektrischen Vorrichtung 3 ist gemeinsam, dass jeweils ihre sämtlichen Elektrodenschichten 18, 19, 20 aus einem intrinsisch leitfähigen organischen Polymermaterial besteht. Dieses organische Polymermaterial verfügt über leitende oder halbleitende Eigenschaften, die sich insbesondere aus der speziellen molekularen Struktur ergeben. Zum Erhalt der Leitfähigkeit ist es also nicht erforderlich, anorganische Stoffe in die Struktur einzulagern. Daraus resultiert auch eine hervorragende Verarbeitbarkeit und eine ausreichende Leitfähigkeit bei bereits sehr geringen Schichtdicken.

Es wäre zwar prinzipiell möglich, eine geringere Anzahl als der Anzahl der vorhandenen Elektrodenschichten aus dem erwähnten organischen Polymermaterial auszubilden. Das Optimum an Lebensdauer der piezoelektrischen Vorrichtung 3 stellt sich jedoch ein, wenn sämtliche Elektrodenschichten 18, 19, 20 aus dem genannten Material bestehen, wobei zweckmäßigerweise innerhalb der piezoelektrischen Vorrichtung 3 für alle Elektrodenschichten 18, 19, 20 das gleiche Polymermaterial zum Einsatz gelangt.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Polythiophene erwiesen. Zweckmäßigerweise verwendet man Polyethylen-Dioxythiophene (PEDT) und/oder Poly-3,4-Etylendioxythiophene (PEDOT).

Die einzelnen Elektrodenschichten 18, 19, 20 können relativ einfach durch ein Druckverfahren auf die zugeordnete Piezoschicht 17 aufgebracht werden, beispielsweise durch Tampondruck oder Siebdruck. Allerdings lässt sich derartiges Polymermaterial sehr gut mit unterschiedlichsten Verfahren verarbeiten und Aufbringen, sodass hier eine hohe Flexibilität besteht. Das Polymermaterial kann beispielsweise auch aufgesprüht oder aufgestrichen werden.

Ohne weiteres kann man beim Aufbringen des Polymermaterials die Schichtdicke dem Bedarf entsprechend ausbilden und dadurch den elektrischen Widerstand beeinflussen.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Elektrodenschichten gesondert von den Piezoschichten 17 herzustellen und beispielsweise auf eine Trägerfolie aufzubringen, mit der man anschließend den Verbund aus Elektrodenschicht und Trägerfolie an der betroffenen Piezoschicht appliziert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht mindestens eine der polymeren Elektrodenschichten aus transparentem Polymermaterial. Dadurch können relativ einfach optische Untersuchungen am Piezowandler vorgenommen werden, beispielsweise eine Überwachung hinsichtlich Rissbildung.

Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn auch die gegebenenfalls vorhandenen Anschlussflächen 7, 8 und/oder die gegebenenfalls vorhandenen Vebindungsleiter 21 aus dem intrinsisch elektrisch leitfähigen organischen Polymermaterial bestehen. In vielen Fällen kann dann die Aufbringung der Elektrodenschichten und dieser vorgenannten Komponenten in einem Arbeitsgang stattfinden.

Es besteht im Übrigen auch die Möglichkeit, neben der reinen Elektrodenstruktur auch einfache und/oder komplexe elektronische Schaltungen auf oder im Piezowandler 4 unter Verwendung des intrinsisch leitfähigen organischen Polymermaterials zu realisieren. Die Herstellung der elektronischen Schaltung und der elektronischen Schichten kann hier je nach Komplexität in einem oder mehreren Arbeitsprozessen erfolgen.

Durchkontaktierungen sind unter Verwendung des erwähnten Polymermaterials ebenfalls sehr einfach und kostengünstig ausführbar.


Anspruch[de]
Piezoelektrische Vorrichtung, mit mindestens einem Piezowandler (4), der mindestens eine auf entgegengesetzten Seiten von Elektrodenschichten (18, 19, 20) flankierte und aus piezoelektrischem Werkstoff bestehende Piezoschicht (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektrodenschichten (18, 19, 20) aus einem intrinsisch leitfähigen organischen Polymermaterial besteht. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Elektrodenschichten (18, 19, 20) des Piezowandlers (4) aus einem intrinsisch leitfähigen organischen Polymermaterial bestehen. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es es sich bei dem intrinsisch leitfähigen organischen Polymermaterial um Polythiophene, Polyanilin oder Polypyrrol handelt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrodenschicht (18, 19, 20) auf die zugeordnete Piezoschicht (17) aufgedruckt ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezowandler (4) mindestens einen aus einer von zwei Elektrodenschichten (18, 19, 20) flankierten Piezoschicht (17) bestehenden monolithischen Piezokörper (22) aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezowandler (4) mindestens einen mehrere jeweils von Elektrodenschichten flankierte Piezoschichten (17) umfassenden Multilayer-Piezokörper (23) aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrodenschicht (18, 19, 20) aus transparentem Polymermaterial besteht. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Aktuator, Sensor und/oder Energiegenerator. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Piezowandler (4) als Biegeelement (4a) ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Piezowandler (4) als Stapeltranslator (4b) ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Betätigungsvorrichtung eines Piezoventils (1).






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