CN107026231B - 用于制造机电的变换器的层系统的方法、用于制造机电的变换器的方法和机电的变换器 - Google Patents

Abstract

一种用来制造特别是用于机电的变换器（150）的层系统（15）的方法，具有如下步骤：把第一种弹性材料的第一层（9）敷设（23）到衬底（4）上；把第二种弹性材料的第二层（10）敷设（25）到所述第一层（9）上，其中，要么所述第一种弹性材料是导电的，而所述第二种弹性材料具有电介质，要么，所述第二种弹性材料是导电的，而所述第一种弹性材料具有电介质，其中，所述第一种弹性材料和/或所述第二种弹性材料通过电化学的离析予以敷设。

Description

用于制造机电的变换器的层系统的方法、用于制造机电的变 换器的方法和机电的变换器

技术领域

本发明涉及一种用于制造机电的变换器的层系统的方法、一种用于制造机电的变换器的方法以及一种机电的变换器。

背景技术

由DE 10 2012 212 222 A1已知一种可延展的、电的弹性体膜，其两侧设有电极层，其中，该材料由氟化硅-聚合物构成或者采用氟化硅-聚合物构成，且具有明显改善的促动延展性。

DE 10 2013 213 413 A1披露了采用介电的弹性体膜作为促动器。

发明内容

本发明的用于制造机电的变换器的层系统的方法具有如下优点：采用该方法制得的层非常均匀。此外，采用该方法可以制得很厚的层，这些层由此相比于其它材料具有很小的击穿性（Durchlässigkeit）。通过该方法还可以实现很小的层厚度，特别是小于5μm的层厚度。采用该方法还可以按有利的方式制得在大面积内无缺陷的层。这特别是对于电的特性例如层的绝缘特性至关重要。

前述优点通过一种用于制造机电的变换器的层系统的方法得以实现，该方法具有如下步骤：把第一种弹性材料的第一层敷设到衬底上；把第二种弹性材料的第二层敷设到第一层上，其中，要么第一种弹性材料是导电的，而第二种弹性材料具有电介质，要么，第二种弹性材料是导电的，而第一种弹性材料具有电介质，其中，第一种弹性材料和/或第二种弹性材料通过电化学的离析被敷设。

电介质可以是一种电弱性的或不导电的、非金属的物质。它既可以是液体、凝胶，或者是固体，该固体的载流子通常不能自由移动。电介质例如可以是硅树脂或生胶。

弹性材料可以是一种具有小的弹性模量的材料。弹性材料尤其可以是橡胶类的和/或生胶类的材料，例如硅树脂，或者是其弹性模量小于10 N/mm²、优选小于5N/mm²、特别优选小于1N/mm²、更特别优选小于0.1N/mm²的材料或材料组分。由碳纳米管（CNT）构成的敷层也表现出弹性，因而是一种弹性材料。

“导电”在此可以系指：材料具有引导电流的特性。这尤其系指，导电能力大于1000S/m，优选大于10000S/m，特别优选大于100000S/m。

“电化学的离析”可以系指，一种材料在另一种材料或物体上离析，其中，要离析的材料在液体中溶解和/或扩散，其中，要离析的材料通过电场的作用而朝向该另一种材料移动。由此，要离析的材料的离子或分子和/或小粒或粒子团在该另一种材料的表面上沉积。特别是在已经离析的材料中有空缺和/或缺陷部位时，电场的可能出现的不均匀性负责使得这些空缺或缺陷部位增强地被仍处于溶解或扩散中的材料填充。

层可以是一种平面的物体，其在由两个相互垂直的方向形成的平面中延展，且在垂直于两个其它方向的第三方向上具有明显较小的延展距离。

层的电化学离析的另一优点在于，前述优点或特征具有高的可再现性，由此特别是也可以大面积地敷层。此外，电化学的离析的过程允许采用易于清洁的金属衬底，特别是金属衬底带。用于通过电化学的离析来制造层的材料的特点尤其也在于，它们对健康和环境基本上很少有害处。

根据另一方面可以规定，通过敷设的步骤将第一种弹性材料的第三层敷设到第二层上。由此可以采用有利的方式实现一种层系统，就该层系统而言，第一种材料的层嵌入在第二种材料的两个层之间，或者，第二种材料的层嵌入在第一种材料的两个层之间。

此外有利的是，通过敷设的步骤将第二种弹性材料的第四层敷设到第三层上。由此保证具有相同电特性或绝缘特性的材料的层并不直接相邻地布置，因而电地彼此分开。此外，由此可以采用有利的方式将层系统扩展另一层。

此外有利的是，该方法具有如下步骤：把一种材料的第五层敷设和/或施加到层系统的外层上和/或该层系统的两个层之间，这种材料至少在两个横向的方向中的一个方向上对层系统予以增强。由此可以调节该层系统的强度，这便于以后操作层系统。

通常，材料的强度与材料的弹性特性有关，且与材料的几何形状有关。特别地，在下面仅称为强度的弯曲强度是材料的弹性模量与材料的横截面的面积惯性矩的乘积，其中，该面积惯性矩与材料的横截面形状有关。因此可行的是，层或层系统在其机械特性方面、特别是在强度方面予以改变。这可以按下述方式来实现：如所提出的那样，将另一种材料例如以平行条带的形式敷设到或者施加到层系统的两个侧面之一上或层系统的两个层之间。这种材料可以是层的相同的材料，或者是层系统的材料之一。但也可以考虑的是，所述材料是另一种材料，例如是光刻胶（Photolack）。层的或者层系统的与平行条带的方向垂直的强度基本上不因这些平行的条带而改变。相反，层的或者层系统的在与平行条带平行的方向上的强度却根据各个条带的横截面积及其相互间的距离而改变或提高。特别地，在条带的横截面为矩形的情况下，层的或者层系统的强度与条带的高度和宽度之间比例有关。

有利地可以规定，至少一个方法步骤具有辊-对-辊-方法。因为这样就能快速地且成本低廉地制得由不同的层或材料构成的层系统。特别地，把柔性的塑料膜或金属膜用作衬底，层系统敷设到该衬底上，这种应用在此是有利的。此外有益的是，所用的衬底膜部分地可以再次使用，并且，各种不同的过程步骤比如清洁步骤、敷设步骤和/或干燥步骤可以前后相继地实施。

有益地，该方法具有脱层步骤，其中，层系统在敷设层之后从衬底脱层。由此简化了层系统的后续应用，衬底然后可以再次使用。特别有利的是，衬底在脱层步骤之后卷绕至辊。因为这样就能以简单的方式把要卷绕至辊的衬底应用于相同的或相似的方法，在所述方法中出现辊-对-辊-过程或方法步骤。

这里介绍的方案还提出了一种用于制造带有层系统的机电的变换器的方法，该层系统采用根据本发明的前述设计变型之一的制造方法制得。本发明的方法在此具有层压步骤，其中，至少第一层系统与至少第二层系统层压，使得第一种弹性材料的层和第二种弹性材料的层分别材料配合地相互连接。由此可以采用简单的方式制得机电的变换器，这些变换器能可变地调节其整个高度或厚度。

替代地，在第一金属膜上，在前后相继的后续步骤中敷设第一层系统，其中，把第一种弹性材料的第一层和第二种弹性材料的第二层敷设到该第一层上。第一种弹性材料例如是导电的，且特别是包括碳纳米管。第二种弹性材料例如具有电介质，其中，第二种材料特别是包括硅树脂材料。在第二金属膜上可以敷设第一种弹性的且导电的材料的第一层。接下来可以对第一金属膜与第二金属膜进行层压，从而第一金属膜上的第一层系统被层压到第二金属膜上的第一层上，其中，由两个第一种弹性的且导电的材料层实现整个层系统，其带有设置在所述两个材料层之间的第二种弹性的材料，由此实现了机电的变换器。在这种情况下，该机电的变换器特别是包括硅树脂层，该硅树脂层设置在两个包含碳纳米管的层之间。

机电的变换器可以是一种由介电的弹性层构成的装置，该弹性层带有分别敷设在介电层两侧的导电层。通过在两个导电层之间施加电压，在两个导电层之间有静电的力起作用，从而该力将位于这两个层之间的弹性的介电的材料或由该材料构成的层压紧，并在这种情况下延展。在此有利的是，弹性的介电材料具有小的弹性模量、高的介电常数以及高的耐击穿强度。通常，在场强约为30V/μm时，可以实现弹性介电层的约为20%～30%的延展。弹性介电层的层厚度通常约为20μm。可考虑的是，该层厚度在0.1μm和1000μm之间变化。

此外，机电的变换器也可以用于感测作用到其上的力。在此，在两个导电层上施加电压的情况下，可以检测到电压变化，如果通过要予以测量的力作用到机电的变换器上而使得弹性的介电层的厚度改变。

机电的变换器例如可以在伺服驱动器中用作用于使得要予以驱动的调节件移动预定的路程的线性促动器，在医疗技术或微系统技术中用作蠕动泵，或者在触觉显示器中用于通过可改变的表面特性来产生替代的和/或附加的信息通道。触觉显示器特别是可以用作用来显示盲文的可改变的显示器。机电的变换器还可以用作力测量传感器。因而通过多个前后相继地实施的层压步骤可以有益地使得多个层系统上下地彼此层压，这些层系统本身分别由第一种弹性材料的第一层和第二种弹性材料的第二层构成。由此可以实现机电的变换器的几乎任意的总高度或总厚度。

根据本发明的另一方面可以规定，在一个或多个层压步骤中，使得至少两个或多个层系统相互层压或者上下地彼此层压，其中，至少一个层系统由多于一个的第一种弹性材料的第一层和第二种弹性材料的第二层构成。在此有益的是，在该层压步骤或这些层压步骤中进行层压，使得第一种材料的第一层与第二种材料的第二层周期性地交替。因为这样就能保证在机电的变换器的以后的工作中在导电的各个层之间分别能施加相同的电压差，以便确保不导电的各个层的均匀的延展，进而确保整个层系统的或整个机电的变换器的均匀的延展。

但也可行的是，在所述一个或所述多个层压步骤中使得第一种弹性材料的两个层相互连接，或者使得第二种弹性材料的两个层相互连接。

此外有利的是，用于制造带有层系统的机电的变换器的方法具有卷绕步骤，在该卷绕步骤中，机电的变换器卷绕成辊式促动器。这意味着，平面的层系统通过卷绕可以任意频繁地上下叠置。这样就能以有利的方式按照上下叠置的层系统的数量增大在垂直于与层平行的平面的方向上的压缩度，或者增大如此制得的促动器的延展度。由于通过卷绕使得层系统倍增，有利地也实现了使得作用到或者施加到辊式促动器上的力倍增。这可以有益地用于扩大机电的变换器的应用范围，而无论机电的变换器用作促动器还是产生器或者是传感器。

此外，这里介绍的方案还提出了一种特别是按照前述方法中之一制得的机电的变换器，其由层系统构成，该层系统具有至少四个相继的平面的层的层顺序，其中，第一层和第三层具有第一种弹性的材料，第二层和第四层具有第二种弹性的材料，其中，第一种弹性的材料是导电的，第二种弹性的材料具有电介质，其中，第一种弹性的材料和/或第二种弹性的材料可通过电化学的离析予以施加。前面提到的优点相应地适用于该机电的变换器。

机电的变换器的层通过电化学的离析予以敷设，该机电的变换器的特点尤其在于，即使在一个介电层的或多个介电层的层厚度较小情况下也有高的耐击穿强度。此外这里还要提及，采用前述方法或方法变型之一制得的机电的变换器可成本低廉地制造。因为在电化学的离析情况下，所用的材料被非常有效地利用，并且，对于小的层厚度来说，辊-对-辊-过程或辊-对-辊-方法允许高的流水线（Band）速度，进而允许高的制造速度。

此外有利的是，机电的变换器的第一种弹性的材料被设计成电极。这样就能以简单的方式接触导电的层。

另外有益的是，电介质被设计成弹性体。因为与其它介电的材料相比，弹性体很轻，且具有高的弹性的能量密度。这样就能以有利的方式制得大的且同时轻的机电的变换器，其具有高的效率。

另外有利的是，第一种弹性的材料被设计成复合材料，其具有决定了机械特性的弹性的载体材料，且具有决定了导电性的导电的组分特别是金属粒子和/或碳-纳米管。因为由此可以省去通常硬的和/或脆的、可能金属性的、常见的电极材料，所以整个机电的变换器是弹性的。

附图说明

图1～4为本发明的通过电化学的离析来制造层系统的方法的示意图；

图5示出采用本发明的方法制造的层系统；

图6为本发明的采用辊-对-辊-过程制造带有两个不同的层的层系统的方法的示意图；

图7为本发明的采用层叠步骤来制造本发明的机电的变换器的方法的示意图；

图8为本发明的通过电化学的离析、采用辊-对-辊-过程来制造机电的变换器的方法的另一实施方式的示意图；以及

图9示出了本发明的机电的变换器，其带有由加强的材料构成的条状的层。

具体实施方式

图1～4中所示为本发明的通过电化学的离析来制造特别是用于机电的变换器的层系统的方法的示意图。示出了装满液体的浸槽1。

所述液体在此可以是适合于电化学的离析的、例如水状的悬浮液2，其具有适当的粒子大小分布。但所述液体也可以是一种溶液，适合于电化学的离析的材料的离子溶解在该溶液中。可通过电化学的离析而应用的第一种材料的第一种粒子3在第一种悬浮液2中扩散。第一种粒子在此可以是硅粒子。这种硅粒子3可以单独地或者作为粒子团在第一种悬浮液中扩散。

此外示出了衬底4的一个任意的部分，该衬底沉浸在或者浸没在第一种悬浮液2中。该衬底4例如可以是具有约400μm的层厚的金属板带，其特别是由铝和/或钢构成。但也可以考虑采用其它材料，只要其具有足够高的导电性。此外也可以采用400μm以下以及400μm以上的层厚，只要具有这种层厚的衬底能毫无问题地卷曲或卷绕。

此外示出了电压源5，从该电压源起，第一电极6例如通过转向辊与衬底4电连接，第二电极7浸入到第一种悬浮液2中。通过在电极6、7之间施加电压，在电极6、7之间形成电场。只要第一种粒子3具有表面电荷，这些表面电荷就会在第一电极与第二电极之间的电场中受到力，该力使得所述表面电荷朝向衬底4移动。第一种粒子3的力或移动方向在这里以及在图2～4中被示为箭头8。在这里，为了电化学的离析，选取合适的且与材料系匹配的过程参数，这些过程参数尤其针对ζ电势、pH值、固体含量和粒子悬浮液中的有时可能的添加物、第一种粒子3的粒子大小分布以及所施加的电压和所导致的电流密度和离析率予以选取。电场促使从悬浮液2中离析出各个粒子3，这样便使得在所形成的第一层9中的可能的空缺位通过在那里出现的电场超高而直接被在那里离析出来的第一种粒子3又填封（Verschlieβen）了。由此可以由第一种粒子3产生无瑕疵的或无缺陷的层9，其具有高的均匀度和充填密度。

图2现在示出是如何由位于第二种悬浮液12中的第二种粒子11电化学地离析出第二层10的。这可以通过把衬底4从一个浸槽1转移到具有所述悬浮液12的另一浸槽中来进行，或者通过在浸槽1中用第二种悬浮液12替换第一种悬浮液2来进行。第二种粒子11由弹性的、导电的材料构成。所述第二种粒子例如可以是硅树脂，其混合有金属和/或碳粒子和/或碳-纳米管。

通过在硅树脂中的导电的粒子的浓度，可以调节由第二种粒子11构成的第二层10的电的或电子的特性。由硅树脂-金属-混合物或硅树脂-碳-混合物或硅树脂-碳-纳米管-混合物构成的弹性的、导电的第二种粒子11，与图1中所示的过程类似地，在电压源5上存在电压时，在电极6、7之间沿着电场游移到第一层9上。在那里，第二种粒子又形成了无缺陷的且均匀的第二层10。

在图3中示出是如何由又位于第一种悬浮液2中的第一种粒子3电化学地离析出第三层13的。这可以通过把衬底4从一个浸槽1转移到具有所述悬浮液2的另一浸槽中来进行，或者通过在浸槽1中用第一种悬浮液2替换第二种悬浮液12来进行。

在图4中示出是如何由位于第二种悬浮液12中的第二种粒子11电化学地离析出第四层14的。这可以通过把衬底4从一个浸槽1转移到具有所述悬浮液12的另一浸槽中来进行，或者通过在浸槽1中用第二种悬浮液12替换第一种悬浮液2来进行。

在图5中可看到层系统15，其已采用在图1~4中所述的或所示的过程步骤或方法步骤，通过电化学的离析制得。所制得的层系统15被敷设到衬底4上，且由硅树脂的第一层9、第二层10、硅树脂的第三层13和第四层14构成，第二层由硅树脂和碳-纳米管的混合物构成，第四层由硅树脂和碳-纳米管的混合物构成。

衬底4上的离析成的层的顺序和数量也可以相比于图5的层系统15有所改变，从而将一种替代的层系统敷设到衬底4上，其中，衬底4上的该替代的层系统包括由硅树脂和碳-纳米管的混合物构成的第二层10，还包括硅树脂的第一层9，还包括由硅树脂和碳-纳米管的混合物构成的第四层14，还包括硅树脂的第三层13，其中，例如也可以省去最上面的第三层13。

在图6中示出了采用辊-对-辊-过程通过电化学的离析来制造层系统15的方法的另一实施例。在此，衬底4从第一辊16开卷，且通过多个不同的转向辊17被引导至不同的方法步骤或方法地点。作为第一过程步骤，衬底4经历了清洁步骤20。在此，衬底4经由转向辊17被引导到填充有清洁液体21的浸槽1中。清洁液体21在此可以由极性的、非极性的液体构成，和/或由极性的和非极性的液体的组合构成。所述清洁液体可以是丙酮、异丙醇和/或清洁的水。

替代地或附加地可行的是，清洁步骤20多次地前后相继地执行。此外可行的是，衬底4前后相继地穿过多个在不同的清洁液体21中填充的浸槽1，以此方式来执行清洁步骤20。

在清洁衬底4之后，可选地进行第一干燥步骤22，以便干燥衬底4并为了后续的敷层或后续的敷层步骤而预备衬底4。第一干燥步骤22在此可以是热学的干燥步骤。也可以考虑的是，第一干燥步骤22替代地或附加地含有如下步骤：使得清洁液体利用空气流或气体流机械地从衬底4去除。此外可考虑的是，在本发明的另一实施方式中进行激活步骤，在该激活步骤中，衬底4或其表面为了后续的敷层步骤而预备好或者激活。

现在进行第一敷层步骤23，在该步骤中，先前清洁的且可能激活的衬底4穿过另一浸槽1，其中，该浸槽1装填有第一种悬浮液2。在浸槽1中，靠近浸槽1的底部，有个与电压源5连接的浸渍电极18。第一种悬浮液2含有由硅树脂或硅树脂衍生物构成的第一种粒子3。这些第一种粒子3在第一种悬浮液2中扩散。通过电压源5，在接触衬底4的第一电极6和接触浸渍电极18的第二电极7之间，在衬底4与浸渍电极18之间施加电压，该浸渍电极在浸槽1内位于悬浮液2中的衬底4的下方。该电压引起电场，由此使得硅树脂的第一种粒子3朝向衬底4移动，并电化学地离析在那里。在经过装有第一种悬浮液2的浸渍池之后，可选地进行第二干燥步骤24，在该步骤中，使得衬底4去除第一种悬浮液2的液体残余或者予以干燥。

现在进行第二敷层步骤25，在该步骤中，通过电化学的离析将第二层10敷设到衬底4上，或者敷设到由硅树脂构成的第一层9上。在此，第二层10由在第二种悬浮液12中扩散的第二种粒子11构成。第二种粒子11的材料在此可以是硅树脂和碳-纳米管的混合物。

在本发明的第二实施方式中可考虑的是，第二种粒子11的材料包括硅树脂、金属粒子和/或碳粒子的混合物。

在此，通过电化学的离析而敷设的第二层10以与第一层9的弹性类似的弹性为特点。第二层10附加地可导电。现在可选地进行第三干燥步骤26，在该步骤中，使得衬底4或者使得位于其上的层9、10去除第二种悬浮液12的残余或者予以干燥。

层系统15可以任选地设有增强的材料。为此可以在第一层压步骤27中将一种平面的材料敷设到第二层10上，相比于第一层9和第二层10的材料，所述平面的材料具有较高的弹性模量。这例如可以按如下方式来进行：通过辊37把增强的材料例如平面地和/或网状地敷设到层系统15上。由增强材料构成的该层在此也可以构造成条带形，由此在该条带的方向上平行地产生整个层系统15的提高的强度。

替代地或者附加地可行的是，第一层压步骤27在第一敷层步骤23之前和/或在第二敷层步骤25之前进行。增强层的材料例如可以由漆构成，与第一层9和第二层10的材料相比，这种漆具有相对高的例如大于2000N/mm²的弹性模量。第一层压步骤27在此可以具有湿化学的方法步骤，特别是印刷过程，如凹版印刷方法、辊式印刷方法和/或喷射-印刷方法。这些已建立的印刷方法能实现成本低廉地、快速地且精确地产生增强的层，特别是提供了如下可行性：两维地对增强的层进行结构化，例如通过引入前面提到的条带结构来进行结构化。

附加地可以任选地进行第四干燥步骤28，在该步骤中把在第一层压步骤27中采用的液体的可能的残余从层系统15去除。现在进行脱层步骤29，在该步骤中将层系统15从衬底4脱层。在此将衬底4卷绕到第二辊30上，于是现在可以在过程链的开始予以再次应用。第二辊于是占据了第一辊16的位置。在该脱层步骤29中将层系统15卷绕到第三辊31上。如此卷绕的层系统15于是可以采用简单的方式后续应用于其它的过程步骤。

在图7中示意性地示出了本发明的用于制造机电的变换器的方法。分别示出了两个第三辊31a、31b，分别将层系统15a、15b卷绕到所述第三辊上。层系统15a由硅树脂的第一层9a构成，由硅树脂和碳-纳米管构成的复合材料的第二层10a敷设到所述第一层上。层系统15a由硅树脂的第一层9a构成，由硅树脂和碳-纳米管构成的复合材料的第二层10a敷设到所述第一层上。层系统15b也由硅树脂的第一层9b构成，由硅树脂和碳-纳米管构成的混合物的第二层10b敷设到所述第一层上。层系统15a和15b现在第二层压步骤32中材料配合地相互连接。这例如可以按如下方式来实现：把层系统15a和15b从第三辊31a和31b开卷，并经由转向辊17汇集，且相互压紧。为此所需要的、用箭头33示出的力在此与层系统15a和15b的厚度、所用的材料以及这些材料的当前温度有关。

替代地或附加地，第二层压步骤32受到热学支持。如此产生的整个层系统于是由第一层9、第二层10、第三层13和第四层14构成。第一层9、第三层13在此由相同的材料构成，即由硅树脂构成。第二层10、第四层14也由相同的材料构成，即由硅树脂和碳-纳米管的混合物构成，其中，第二层10和第四层14导电地设计。如此产生的整个层系统可以理解为机电的变换器150。该机电的变换器150能够可选地卷绕到第四辊33上。按照卷绕至第四辊33的形式，机电的变换器150可以用作辊式促动器。

在图8中示出本发明的用于制造机电的变换器150的方法的一种替代性的实施例。在此，该方法是图6的用于制造层系统的方法的一种扩展。区别尤其在于，在经过第二敷层步骤25或第三干燥步骤26之后，进行另一第三敷层步骤34，在该另一第三敷层步骤中，衬底4连同第一层9和第二层10一起穿过另一浸槽1，该另一浸槽也含有第一种悬浮液2。在此，在第一种悬浮液2中扩散的硅树脂的第一种粒子3通过电化学的离析被离析到第二层10上。由此形成的第三层13以与第一层9相同的机械的和电的特性为特点。

衬底4连同位于其上的第一层9、第二层10和第三层13一起随后在可选的第五干燥步骤35中被干燥。经过第五干燥步骤35之后，进行第四敷层步骤36，在该第四敷层步骤中，与第二敷层步骤25类似地，在第二种悬浮液12中扩散的第二种粒子11电化学地离析到或者敷设到第三层13上。因此，如同第二层10一样，如此形成的第四层14由硅树脂和碳-纳米管的混合物构成，进而具有与第二层10相同的电的和机械的特性。可选地，也可以进行第六干燥步骤46，在该步骤中，把第二种悬浮液12的液态残余从第四层14热学地和/或机械地去除。

可选地现在可以进行第一层压步骤27，在该步骤中，与图6的方法类似地，给层系统15设有由增强的材料构成的另一层。这例如可以按下述方式来进行：通过辊37把例如由网或条带构成的增强材料敷设到层系统15上。可选地，可以进行第七干燥步骤38。

现在进行脱层步骤29，在该步骤中，把由第一层9、第二层10、第三层13和第四层14构成的层系统15从衬底4脱层或分离。衬底4在此被卷绕至第二辊30，像第一辊16一样，该第二辊在后续方法开始时可以被再次使用。第一层9、第二层10、第三层13和第四层14共同地形成机电的变换器150，并卷绕至第三辊31。该第三辊31在此又形成了辊式促动器。

在图9中示出了本发明的由第一层9、第二层10、第三层13和第四层14构成的机电的变换器150的一种实施方式。也称为层系统15的这四个层9、10、13、14尚未从位于层系统15下面的衬底4脱层。在第四层14上面以平行条带40的形式敷设增强层39。此外示出了具有三个相互垂直的轴101、102和103的坐标系100。机电的衬底4与层9、10、13和14平行于由轴101和102形成的平面。层9、10、13、14在该平面中的延展距离可以为数毫米，优选为数厘米，特别优选为数分米。衬底4基本上是平坦的、柔性的以及机械地且热学地稳定，在此尤其用作机电的变换器150的后续敷设的层9、10、13、14的承载膜。

本发明的机电的变换器150的基本结构由第二层10、第三层13和第四层14构成，其中，第二层10和第四层14由弹性的、导电的材料构成，而第三层13由弹性的介电的材料构成。

图9中的机电的变换器150在轴103的方向上具有层系统15，其中，第一层9和第三层13由相同的材料构成，即由弹性的介电的材料构成，优选由硅树脂或液态硅树脂生胶构成。第一层9和第三层13的厚度在此可以约为0.1μm~50μm。硅树脂可以具有小于1 N/mm²的弹性模量、大于2.8的电容率或介电常数或介电数和大于20 kV/mm的耐击穿强度。第二层10和第四层14由弹性的、导电的材料构成，该材料可以具有约0.1μm~30μm的厚度。该材料在此也可以是硅树脂或液态硅树脂生胶，其具有导电材料的混合物。导电材料在此例如可以是由银、石墨、炭黑和/或碳-纳米管构成的粒子。导电材料占据层体积的份额在此可以经过适当选择，从而在导电材料的各个粒子之间产生导电的连接。第二层10和第四层14可以被设计成电极，可以通过外部的电源41对所述电极施加电压。这样便与电容器类似地在轴103的方向上，在第二层10和第四层14之间产生静电的力，该力使得第三层13压缩。电场在此可以约为90 V/μm。由于第三层13由可压缩的材料比如硅树脂构成，第三层13在层平面上平行于轴101和102延展。在轴101和102方向上的这种延展效果和/或在轴103方向上的压缩效果既可以用于施加机械力，又可以用于感测该机械力。在第四层14上，与轴102平行地敷设平行的条带40。这些平行的条带40例如可以由一种漆制成，与层9、10、13、14的材料相比，这种漆具有相对高的例如大于2000 N/mm²的弹性模量。平行的条带40具有横截面，该横截面除了决定所用材料的弹性模量外，还决定平行的条带40的在轴102方向上的强度。

在本发明的一种替代的实施方式中可考虑的是，由硅树脂构成的第一层9和第三层13具有约5μm的层厚度。替代地或附加地可行的是，含有硅树脂和碳-纳米管的混合物的第二层10和第四层14具有约1μm的层厚度。

Claims (9)

1.一种用来制造层系统（15）的方法，具有如下步骤：

- 把第一种弹性材料的第一层（9）敷设（23）到衬底（4）上；

- 把第二种弹性材料的第二层（10）敷设（25）到所述第一层（9）上，

- 将第一种弹性材料的第三层（13）敷设（34）到所述第二层（10）上，

- 将第二种弹性材料的第四层（14）敷设（36）到所述第三层（13）上，

- 把一种材料（40）的第五层（39）敷设（27）和/或施加（27）到所述层系统（15）的外层（9、14）上和/或所述层系统（15）的两个层（10、13）之间，这种材料至少在两个横向的方向中的一个方向上对所述层系统（15）予以增强，

其中，要么所述第一种弹性材料是导电的，而所述第二种弹性材料具有电介质，要么，所述第二种弹性材料是导电的，而所述第一种弹性材料具有电介质，其中所述第一种弹性材料和/或所述第二种弹性材料通过电化学的离析予以敷设，并且其中所述层（9、10、13、14、39）中的一个或多个层具有小于5μm的层厚度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个方法步骤具有辊-对-辊-方法。

3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于脱层步骤（29），其中，所述层系统（15）在敷设层（9、10、13、14）之后从所述衬底（4）脱层。

4.一种用于制造带有层系统（15）的机电的变换器（150）的方法，该层系统采用根据前述权利要求中任一项所述的制造方法制得，其特征在于层压步骤（32），其中，至少第一层系统（15a）与至少第二层系统（15b）层压，使得第一种弹性材料的层（10a）和第二种弹性材料的层（9b）分别相互连接。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于卷绕步骤，其中，机电的变换器（150）卷绕成辊式促动器。

6.一种采用根据前述权利要求中任一项所述的方法制得的机电的变换器（150），该变换器由层系统（15）构成，该层系统具有至少三个相继的平面的层（9、10、13）的层顺序，其中，第一和第三层（9、13）具有第一种弹性的材料，第二层（10）具有第二种弹性的材料，其中，第一种弹性的材料是导电的，第二种弹性的材料具有电介质，其特征在于，第一种弹性的材料和/或第二种弹性的材料是可电化学地离析的。

7.如权利要求6所述的机电的变换器（150），其特征在于，所述第一种弹性的材料被设计成电极。

8.如权利要求6或7所述的机电的变换器（150），其特征在于，所述电介质是弹性体。

9.如权利要求6至8中任一项所述的机电的变换器（150），其特征在于，所述第一种弹性的材料被设计成复合材料，该复合材料具有决定了机械特性的弹性的载体材料，且具有决定了导电性的导电的组分。

Images