DE10058096A1 - Adaptronisches Mikrosystem und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein adaptronisches Mikrosystem sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das adaptonische Mikrosystem weist aktorische und/oder sensorische Mikroelemente, die in einem Matrixmaterial eingebettet sind, Ansteuerelemente zur Ansteuerung der Mikroelemente und eine äußere Isolation auf. Das Mikrosystem zeichnet sich dadurch aus, dass an Berührungsstellen zwischen der Isolation und dem Matrixmaterial keine Grenzfläche vorhanden ist. DOLLAR A Das vorliegende Mikrosystem zeigt eine erhöhte Spannungsfestigkeit, einen besseren elektromechanischen Wirkungsgrad als vergleichbare bekannte Systeme sowie eine erhöhte Langzeitstabilität auf.

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein adaptronisches Mikrosystem mit aktorischen und/oder sensorischen Mikroelementen, die in einem Matrix­ material eingebettet sind, Ansteuerelementen zur Ansteuerung der Mikroelemente und einer äußeren Isolation, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Mikrosystems.

Adaptronische Mikrosysteme der genannten Art, insbesondere mit aktorischen und/oder sensorischen Mikroelementen aus piezoelektrischem Material, finden in vielen Bereichen der Technik Anwendung, in denen Sensoren oder Aktoren reduzierten Volumens benötigt werden. Im Einsatzbereich von Verbundwerkstoffen besteht ein zunehmender Bedarf an Mikrosystemen, die in den Werkstoff integriert werden können. Gerade für die Implementierung in Faserverbundstrukturen ist eine reduzierte Steifigkeit der Sensoren und/oder Aktorten erforderlich, wie sie adaptronische Mikrosysteme aufweisen.

Stand der Technik

Die derzeit bekannten adaptronischen Mikrosysteme sowie die Verfahren zu deren Herstellung zeichnen sich durch eine charakteristische Sandwich-Bauweise aus, bei der die Matrix mit den darin eingebetteten sensorischen und/oder aktorischen Mikroelementen beidseitig von einer Lage einer Elektrodenstruktur zur Ansteuerung und einer auf der Elektrodenstruktur aufgebrachten Isolationsschicht bedeckt ist.

Ein derartiges adaptronisches Mikrosystem ist beispielsweise aus der US 5,869,189 bekannt. Bei diesem Mikrosystem werden mehrere lang gestreckte piezo­ elektrische Fasern als aktorische Mikroelemente parallel und in definiertem Abstand zueinander in eine Form eingelegt. Anschließend wird ein flüssiges Polymermaterial in die Form eingebracht und mit den Fasern ausgehärtet. Auf die hierbei entstehende Matrix werden beidseitig Elektrodenstrukturen aufgebracht, die der Ansteuerung der Fasern dienen. Für die äußere Isolation dieser Struktur ist schließlich noch eine Isolationsschicht auf beiden Hauptoberflächen des Mikrosystems erforderlich.

Beim Einsatz eines derartigen Mikrosystems wird jedoch insbesondere bei hoher Feuchte oder der Belastung durch andere Medien eine reduzierte elektrische Spannungsfestigkeit beobachtet, die sich in elektrischen Durchschlägen äußert, die bis zum Versagen des Bauteils führen können. Weiterhin liegt der elektromechanische Wirkungsgrad derartiger adap­ tronischer Mikrosyteme in einem Bereich, der einen Einsatz bei Anwendungen verhindert, bei denen nicht die erforderlichen Betriebsspannungen aufgebracht werden können. Ein Beispiel hierfür ist der Betrieb in einem Kfz-Bordnetz bei einer Spannung von 12 V, die nicht ausreicht, um einen zuverlässigen Betrieb der bekannten adaptronischen Mikrosysteme zu gewährleisten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein adaptronisches Mikrosystem sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das bei erhöhter Spannungsfestigkeit auch einen höheren elektromechanischen Wirkungsgrad aufweist.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem adaptronischen Mikrosystem gemäß Patentanspruch 1 bzw. dem Verfahren gemäß Patentanspruch 30 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Mikrosystems sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße adaptronische Mikrosystem weist, ebenso wie die Mikrosysteme des eingangs genannten Standes der Technik, aktorische und/oder sensorische Mikroelemente, die in einem Matrixmaterial - beispielsweise einer Vergussmasse - eingebettet sind, Ansteuerelemente zur Ansteuerung der Mikroelemente und eine äußere Isolation auf. Das vorliegende Mikrosystem zeichnet sich jedoch im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik dadurch aus, dass an Berührungs­ stellen zwischen der Isolation und dem Matrixmaterial mit den Mikroelementen keine Grenzfläche vorhanden ist.

Die Erfinder des vorliegenden Mikrosystems haben hierbei erkannt, dass die bei bekannten Mikrosystemen auftretenden Nachteile durch innere Grenzflächen zustande kommen, die innerhalb des Matrixmaterials bzw. zwischen dem Matrixmaterial und der Isolation auftreten. Diese Grenzflächen resultieren aus der Sandwich-Bauweise des bekannten Standes der Technik. So können über diese Grenzflächen von außen feuchte oder andere Medien eindringen, die zu einem Kurzschluss oder Überschlag zwischen benachbarten spannungsführenden Kontaktierungen auf der Matrix führen können.

Durch die Realisierung eines adaptronischen Mikrosystems, das keine derartigen inneren Grenzflächen zwischen dem Matrixmaterial mit den aktorischen und/oder sensorischen Mikroelementen und der Isolation aufweist, kann die Empfindlichkeit derartiger Systeme gegen Feuchte deutlich vermindert werden.

So liegt der Diffusionskoeffizient für die Diffusion von Wasser an Grenzflächen zwischen dem Matrixmaterial und der Isolation ca. 10 × höher als der Diffusionskoeffizient durch das Matrixmaterial hindurch.

Weiterhin wird durch die Struktur des vorliegenden Mikrosystems der elektromechanische Wirkungsgrad deutlich erhöht, so dass geringere elektrische Betriebsspannungen erforderlich sind, um die gleiche Leistung zu erzielen wie bei den Systemen des Standes der Technik. Weiterhin wird durch die Vermeidung einer Grenzfläche an Übergängen vom Matrixbereich mit den eingebetteten sensorischen und/oder aktorischen Mikroelementen zur Isolation die mechanische Haltbar­ keit des Systems deutlich verbessert. Insbesondere bei starken Temperaturschwankungen kann es bei den bekannten Mikrosystemen in Sandwich-Bauweise zu einem zumindest teilweisen Ablösen an der Grenzfläche und damit zu einem Versagen des Mikrosystems kommen. Die Gefahr eines derartigen mechanischen Defektes ist bei dem erfindungsgemäßen Mikrosystem deutlich verringert.

Die Vermeidung einer Grenzfläche zwischen dem Matrixbereich mit den eingebetteten Mikroelementen und der Isolation wird vorzugsweise dadurch realisiert, dass die Isolation selbst durch einen äußeren Bereich der Matrix gebildet wird. Isolation und Matrix für die sensorischen und/oder aktorischen Mikroelemente werden somit aus einem Guss gebildet, wodurch das Entstehen von Grenzflächen vermieden wird.

Die Elektrodenstruktur bzw. die Struktur der Ansteuerelemente ist vorzugsweise auf einen Träger aufgebracht, der für die bei der Herstellung flüssige Vergussmasse des Matrixmaterials durchlässig ist. Diese Durchlässigkeit kann beispielsweise durch eine Vielzahl von Öffnungen im Träger realisiert werden. Vorzugsweise besteht der Träger hierbei aus einem porösen Material, durch das die flüssige Vergussmasse aufgesogen wird. Im fertigen Bauteil ist dann der Träger vom Matrixmaterial vollständig durchdrungen und beidseitig von diesem umgeben. Der äußere Bereich des Matrixmaterials bildet hierbei die Isolation der Ansteuerstruktur und des Trägers nach außen, der innere Bereich bildet die Matrix mit den eingebetteten aktorischen und/oder sensorischen Mikroelementen. Bei einem derartigen System treten daher nur noch Grenzflächen zwischen dem Träger bzw. der Ansteuerstruktur und dem Matrixmaterial auf. Die Isolation ist mit dem Bereich der Matrix mit den eingebetteten Mikroelementen aus einem Guss gebildet und ohne innere Grenzflächen verbunden.

In einer möglichen Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung sind die Ansteuerelemente Elektroden, über die die Mikroelemente mit einem elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feld beaufschlagbar sind. Diese Elektroden können in bekannter Weise als großflächige Plattenelektroden, als Linienelektroden oder in Interdigitalstruktur ange­ ordnet bzw. eingebettet sein. Bei einer flächigen Elektrodenstruktur ist eine Porosität des Elektroden­ materials erforderlich, so dass dieses vom Matrix­ material durchdrungen werden kann. Linienförmige Elektrodenstrukturen werden in bekannter Weise entweder auf Vorder- und Rückseite des die Mikroelemente bein­ haltenden Bereiches der Matrix deckungsgleich oder mit einer lateralen Verschiebung zueinander angeordnet. Selbstverständlich können die Elektrodenstrukturen auch dreidimensional komplex verlaufen und gegebenenfalls das Mikrosystem bzw. den die Mikroelemente bein­ haltenden Bereich der Matrix durchdringen. Eine derartige Durchdringung kann durch ineinander ver­ wobene, sich gegenseitig nur vernachlässigbar beein­ trächtigende Netze aus Elektrodenmaterial in der Matrix realisiert werden.

Als Materialien für die Elektrodenstruktur kommen ein elektrisch leitfähiger Film oder eine elektrisch leitfähige Folie, beispielsweise aus Metall, Kohlen­ stoff oder einem Elektrolyt, ein elektrisch leitfähiges Netz oder Gitter, die aus den gleichen Materialien bestehen können, sowie intrinsisch oder extrinsisch leitfähige Verbundsysteme wie Paste oder Klebstoff in Frage.

Neben Elektroden lassen sich selbstverständlich auch andere Ansteuerstrukturen, wie beispielsweise Lichtleiter, zur Beaufschlagung der aktorischen und/oder sensorischen Elemente mit einem elektro­ magnetischen Feld einsetzen. Derartige Lichtleiter können in ähnlichen Strukturen wie herkömmliche elektrisch leitfähige Elektroden im Mikrosystem angeordnet sein.

Die Ansteuerelemente können in direktem Kontakt mit den aktorischen und/oder sensorischen Mikro­ elementen oder beabstandet davon sein. Bei der Herstellung lässt sich auf Wunsch zwischen den Ansteuerelementen und den Mikroelementen eine Matrixmaterialschicht einstellbarer Dicke (von 0 bis vielen µm) integrieren und ein inniger und/oder großflächiger Kontakt herstellen. Dies verbessert nochmals die Produkteigenschaften wie Betriebsspannung, Wirkungsgrad und Langzeitbeständigkeit, da eine Zwischenschicht aus Matrixmaterial lokale Spitzen des elektrischen Feldes abbaut, die ansonsten beispiels­ weise piezokeramische Fasern auf Dauer schädigen könnten.

Die Ansteuerung des aktiven Materials, d. h. der aktorischen und/oder sensorischen Mikroelemente, erfolgt beim vorliegenden Mikrosystem somit in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Mikroelemente und der Ansteuerelemente mittels eines elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldes, beispielsweise auch durch Licht. Eine weitere Ansteuerungsmöglichkeit besteht in der Beaufschlagung mit Wärme oder der Zuführung von elektrischer Ladung.

Die Ansteuerung der Elektroden bzw. Ansteuer­ elemente kann einzeln oder in beliebig großen/vielen Gruppen erfolgen. Hierbei können die Ansteuerelemente oder Gruppen von Ansteuerelementen selbstverständlich auch phasenverschoben angesteuert werden. Dem Fachmann sind geeignete Ansteuertechniken je nach gewünschtem adaptronischem Effekt und Aufbau des Mikrosystems geläufig. So lässt sich das vorliegende Mikrosystem beispielsweise aus piezoelektrischen Elementen zur Ausnutzung des d31- oder des d33-Effektes aufbauen.

Als aktives Material können beim vorliegenden Mikrosystem beispielsweise Piezoelektrika, Magneto­ striktiva, Formgedächtsnislegierungen oder Nanotubes, z. B. aus Kohlenstoff, eingesetzt werden. Die Geometrie der aktiven und/oder sensorischen Mikroelemente ist hierbei je nach gewünschtem Anwendungszweck frei wählbar. Die Mikroelemente können beispielsweise rundlich, oval, lang oder kurz, flach oder auch dreidimensional komplex, wie beispielsweise lang und gewellt, ausgeführt sein. Die Mikroelemente können isotrop ungeordnet, d. h. statistisch verteilt, unter einer Vorzugsorientierung oder auch hochgeordnet (anisotrop) im Matrixmaterial eingebettet sein. Auch eine dreidimensional komplexe Anordnung, beispielsweise als netzartiges Gewebe oder eine Anordnung in mehreren Lagen, kann beim vorliegenden Mikrosystem realisiert sein.

Das Material der Matrix bzw. der Vergussmasse kann sowohl anorganisch oder auch organisch, beispielsweise als Polymer, oder durch eine Mischung organischer und anorganischer Materialien gebildet sein. Hierbei kommen sowohl Materialien in Frage, die sich über einen einzelnen Härtungsmechanismus härten lassen, wie auch Materialien, bei denen eine so genannte Kombihärtung möglich ist. Eine Kombihärtung wird beispielsweise durch kombinierte UV-Bestrahlung und thermische Härtung eines Polymers durchgeführt und kann zur Herstellung und/oder Anwendung des Mikrosystems als Prepreg dienen.

Der Matrix- bzw. der Vergussmasse können hierbei reaktive oder inerte Füllstoffe, Additive oder Zuschlagstoffe beigemischt sein, um elektrische, mechanische, chemische, physikalische oder andere Eigenschaften bei der Mikrosystemherstellung und/oder - anwendung zu verändern bzw. vorzugeben. Durch derartige Beimischung können beispielsweise die Dielektrizitäts­ konstante und Durchschlagsfestigkeit, das Schubmodul und Eigenspannungen, Härtungsmechanismen und Beständig­ keit, Dichte, Feuchtediffusion sowie das Absorptions- und Transmissionsverhalten verändert bzw. gezielt vorgegeben werden. Eine derartige Beeinflussung bzw. Einstellung des Absorptionsverhaltens kann beispiels­ weise über das Einbringen von Partikeln beliebiger Form und Größe aus dem aktiven oder einem verwandten Material in die Matrix zusätzlich zu den Mikroelementen erfolgen. Hierdurch lassen sich Mikroelemente, die nicht direkt von den Ansteuerelementen kontaktiert werden, über die Ansteuersignale besser erreichen. Selbstverständlich können derartige Effekte auch durch Einbringen von Polymeren oder anderen organischen Substanzen in das Matrixmaterial herbeigeführt werden.

Die Oberfläche des vorliegenden Mikrosystems, d. h. die Außenfläche der Isolation kann je nach Bedarf unterschiedliche Topographien aufweisen. Sie kann beispielsweise glatt, zerklüftet, kompakt oder schwamm­ artig porös ausgebildet sein. Weiterhin kann die chemische Natur dieser Oberfläche, beispielsweise zur Erzielung einer besseren Haftung für angrenzende Schichten, modifiziert sein. Selbstverständlich lässt sich die Oberfläche auch beschichten, um beispielsweise die Kerbempfindlichkeit des aktiven Materials in der Matrix zu verringern.

Durch geeignete Ausgestaltung dieser Oberfläche der Mikrosysteme können dem Anwender unterschiedliche Funktionalitäten zur Verfügung gestellt werden. So kann während der Herstellung eine Schutzfolie aufgebracht werden, die beim späteren Einbau des Mikrosystems abgezogen wird und eine saubere Oberfläche oder eine Oberfläche mit definierter Klebrigkeit freilegt. Eine Oberfläche mit definierter Klebrigkeit kann auch dadurch erzeugt werden, dass bei der Herstellung der Mikrosysteme in den äußeren Bereich ein Abreißgewebe eingebettet wird. Die beim Abreißen dieses Gewebes erzeugte klebrige Oberfläche kann dem Ankleben der Mikrosysteme an andere Bauteile oder beispielsweise zum Integrieren der Mikrosysteme in ein CFK-Prepreg dienen.

Eine saubere Oberfläche bzw. eine solche definierter Klebrigkeit kann auch durch gezielte Einstellung eines Eigenschaftsgradienten in die Tiefe des Mikrosystems realisiert werden, der im inneren Bereich des Matrixmaterials eine ausreichende Aushärtung gewährleistet und an den Oberflächen im äußeren Bereich die definierte Klebrigkeit. Der Eigenschaftsgradient kann beispielsweise der Vernetzungsgrad sein, der bei einem strahlungshärtenden Matrixmaterial durch die tiefenabhängige Intensität der UV-Strahlung automatisch erzeugt wird. Der Eigen­ schaftsgradient kann auch eine tiefenabhängige chemische Zusammensetzung und Molmassenverteilung in der Matrix bzw. Vergussmasse sein, hervorgerufen durch die Wechselwirkung der Matrix mit gegebenenfalls chemisch und/oder physikalisch oberflächenvorbehan­ delter Schutzfolie bzw. Abreißgewebe.

Zur Erzeugung einer klebrigen Oberfläche kann auch eine multifunktionale Klebeschicht, die beispielsweise druckempfindlich und thermisch nachhärtbar ist, auf das Mikrosystem aufgebracht werden. Diese nachträglich aufgebrachte Schicht erhält die vorteilhaften Eigenschaften des vorliegenden Mikrosystems und führt keine neuen Grenzflächen innerhalb des Matrixmaterials bzw. des Mikrosystems ein.

Für die Ansteuerung des Mikrosystems über die Ansteuerelemente sind entsprechende Zuführungsleitungen erforderlich, die die Ansteuerelemente kontaktieren. Die elektrischen Anschlüsse können hierbei teilweise durch die Bereitstellung von Sammelelektroden, beispielsweise bei linienförmigen Ansteuerelementen, von Anschlusspads, beispielsweise als Lötpunkte zur Kontaktierung durch den Anwender, und/oder entsprechende herkömmliche Zuleitungen realisiert werden. Im Falle eines elektrischen Energieeintrags, wie er im Falle von elektrischen Elektroden als Ansteuerelemente erforderlich ist, können die elektrisch leitfähigen Zuleitungen als Draht, Litze, mehradriges Kabel, Paste, Klebstoff, Flexfolie, Gewebe oder als elektrisch leitfähige Flüssigkeit (z. B. Elektrolyt) ausgebildet sein.

Eine mögliche variable Orientierung und wechsel­ seitige Verkettung anisotrop arbeitender Mikrosysteme kann es erfordern, mehrere Kontaktstellen für jedes der Mikrosysteme vorzusehen. Derartige Kontaktstellen können beispielsweise durch Steckverbindungen gebildet werden. Die Langzeitzuverlässigkeit der Mikrosysteme lässt sich durch die zusätzliche Einführung einer Verklebung verbessern. Der dazu notwendige Klebstoff kann beispielsweise aus dem Mikrosystem selbst stammen, indem z. B. die UV-Härtung im Bereich der Anschlusspads bei einer kombihärtenden Vergussmasse verhindert wird, wobei die Möglichkeit der thermischen Nachhärtung nach Herstellung der Steckverbindung besteht. Weiterhin kann der notwendige Klebstoff von dem eigentlichen Bauteil, z. B. einem Prepreg, selbst stammen oder separat zugeführt werden. Die Verklebung erlaubt die - zumindest punktuelle - metallische Berührung der Partner der Steckverbindung und hält sie dauerhaft aufrecht (elektrisch leitfähiges Kleben mit an sich isolierenden Klebstoffen).

Das vorliegende Mikrosystem lässt sich auch mit integrierter Elektronik und/oder Chips versehen, die beispielsweise den Aktorbetrieb eines Arrays von Mikrosystemen mit definierten Phasenverschiebungen oder im Sensorbetrieb eine Vorverstärkung der Signale mit daraus resultierenden Verbesserung des Signal-/Rausch- Verhältnisses erlauben. Auch ein gleichzeitiger oder intermittierender Betrieb als Sensor und Aktor ist möglich.

Für bestimmte Anwendungen lassen sich auch mehrere der vorliegenden Mikrosysteme übereinander stapeln (Multilayer), um beispielsweise die Empfindlichkeit im Sensorbetrieb oder die Blockierkraft im Aktorbetrieb zu erhöhen. Weiterhin lassen sich durch die Stapelung Sensorik und Aktorik gleichzeitig am selben Ort realisieren. Die Orientierung der einzelnen Lagen der vorliegenden Mikrosysteme kann hierbei isotrop oder quasi isotrop, orientiert bzw. definiert gegenseitig verdreht erfolgen.

Selbstverständlich lassen sich die vorangehend beschriebenen Möglichkeiten und Ausführungsvarianten beliebig miteinander kombinieren.

Das vorliegende Mikrosystem sowie das zugehörige Herstellungsverfahren werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals kurz erläutert.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Figur zeigt ein Beispiel für ein erfindungs­ gemäßes adaptronisches Mikrosystem in schematisierter Darstellung im Querschnitt. Zu erkennen sind die im vorliegenden Beispiel als Partikel- oder Faserelemente ausgebildeten und nebeneinander liegenden aktorisch und/oder sensorischen Mikroelemente 1, die in einer Vergussmasse 2 eingebettet sind. In der Vergussmasse sind weiterhin auf beiden Seiten als Elektroden ausgebildete Ansteuerelemente 3 zu erkennen, die auf einem Träger 4 aufgebracht sind. Der Träger 4 ist aus einem porösen Material gebildet (durch Öffnungen im Querschnitt angedeutet) und wird von der Vergussmasse 2 vollständig durchdrungen und umgeben. Auf diese Weise wird die äußere Isolation 2a des Mikrosystems durch die Vergussmasse 2 selbst gebildet, deren äußerer Bereich über die Poren des Trägers 4 ohne innere Grenzflächen mit dem inneren Bereich verbunden ist, in dem die Fasern 1 eingebettet sind.

Grundsätzlich wird unter Isolation in der vorliegenden Patenanmeldung nicht nur eine elektrische Isolation gegen äußere Einflüsse sondern auch beispielsweise eine Abschirmung der Außenwelt gegen Einflüsse der Ansteuerelemente oder einer Isolation der Ansteuerelemente untereinander verstanden. Weiterhin umfasst dieser Begriff auch eine Isolation gegen andere äußere Einflüsse wie beispielsweise Feuchte.

Die Herstellung eines derartigen Mikrosystems ist bei Verwendung schnell härtbarer Matrixsysteme kontinuierlich bzw. automatisiert möglich. Bei der Herstellung werden die Elektroden 3, beispielsweise in Interdigitalanordnung, auf den porösen flächigen Träger 4 aufgebracht. Die Fasern 1 werden mit Vergussmasse versetzt. Anschließend werden die elektrodierten Träger 4 beidseitig derart aufgebracht, dass der poröse Träger 4 vollständig von Vergussmasse 2 durchdrungen und umgeben ist. Schließlich erfolgt die Aushärtung der Vergussmasse 2 unter definiertem Druck und Temperatur bzw. UV-Licht oder ähnlichem. Anschließend können die Zuleitungen beispielsweise mittels Leitklebstoff aufgebracht werden. Als poröser Träger 4 kann beispielsweise eine anorganische Membran dienen.

Die Gesamtdicke eines erfindungsgemäßen Mikrosystems kann zur Erzielung größerer Kräfte eher groß ausfallen, beispielsweise im Bereich von 1 mm. Das Mikrosystem kann jedoch auch deutlich dünner, z. B. 30 µm, ausfallen, wenn eine Reduktion des störenden Einflusses des Mikrosystems in dem Bauteil zur Aufnahme des Mikrosystems, beispielsweise einer Flugzeug- Tragfläche, erreicht werden soll.

Die geometrische Form des Mikrosystems ist nicht beschränkt. Sie kann so gewählt werden, dass eine möglichst gute Ausnutzung der Fläche des eigentlichen Bauteils möglich ist. Hier kann etwa eine Krümmung des Bauteils von der Rechteckform abweichende Mikrosysteme bedingen(z. B. 6-eck). Gleichzeitig besteht auch die Möglichkeit der variablen Orientierung anisotrop arbeitender Mikrosysteme (beim 6-eck z. B. 0°, 60°, 120° etc.).

Bezugszeichenliste

1

aktorische und/oder sensorische Mikro­ elemente, z. B. piezoelektrische Fasern

2

Vergussmasse bzw. Matrixmaterial

2

a Isolation

3

Ansteuerelemente, z. B. Elektroden

4

Träger

Claims (30)

1. Adaptronisches Mikrosystem mit aktorischen und/oder sensorischen Mikroelementen (1), die in einem Matrixmaterial (2) eingebettet sind, Ansteuerelementen (3) zur Ansteuerung der Mikro­ elemente (2) und einer äußeren Isolation (2a), dadurch gekennzeichnet, dass an Berührungsstellen zwischen der Isolation (2a) und dem Matrixmaterial (2) keine Grenzfläche vorhanden ist.

2. Mikrosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation (2a) durch einen äußeren Bereich des Matrixmaterials (2) gebildet wird.

3. Mikrosystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelemente (3) auf einem Träger (4) aufgebracht sind, der in dem Matrixmaterial (2) eingebettet und von diesem durchdrungen ist.

4. Mikrosystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) eine Vielzahl von Öffnungen für ein Durchdringen des Matrixmaterials (2) aufweist.

5. Mikrosystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) aus einem porösen Material gebildet ist.

6. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelemente (3) Elektroden sind.

7. Mikrosystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) die aktorischen und/oder sensorischen Mikroelemente (1) direkt kontaktieren bzw. berühren.

8. Mikrosystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Elektroden (3) und den aktorischen und/oder sensorischen Mikroelementen (1) eine dünne Schicht Matrixmaterial (2) befindet.

9. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) durch einen elektrisch leitfähigen Film oder eine elektrische leitfähige Folie gebildet sind.

10. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) durch ein elektrisch leitfähiges Netz oder ein elektrisch leitfähiges Gitter gebildet sind.

11. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) durch ein intrinsisch oder extrinsisch elektrisch leitfähiges Verbundsystem gebildet sind.

12. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelemente (3) Lichtleiter sind.

13. Mikrosystem einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelemente (3) in Form einer Interdigitalanordnung angeordnet sind.

14. Mikrosystem einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelemente (3) flächig ausgebildet und porös oder mit Durchgangsöffnungen versehen sind.

15. Mikrosystem einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelemente (3) dreidimensional komplex ausgebildet sind und gegebenenfalls das Matrixmaterial (2) durchdringen.

16. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Bereich des Matrixmaterials (2) nicht vollständig ausgehärtet ist.

17. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einen äußeren Bereich des Matrixmaterials (2) ein Abreißgewebe eingebettet ist.

18. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche eines äußeren Bereiches des Matrixmaterials (2) eine Schutzfolie oder eine Klebeschicht aufgebracht ist.

19. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (2) mit Füllstoffen, Additiven oder Zuschlagstoffen versehen ist.

20. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zusammensetzung des Matrixmaterials (2) zum äußeren Bereich hin kontinuierlich ändert.

21. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (2) Partikel aus aktivem oder verwandtem Material, Polymere oder andere organische Substanzen enthält, die das Absorptions- und Transmissionsverhalten des Matrixmaterials (2) bezüglich der über die Ansteuerelemente (3) eingebrachten Energie beeinflussen.

22. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in einen äußeren Bereich des Matrixmaterials (2) von außen zugängliche elektrische oder optische Kontaktstellen eingebettet sind.

23. Mikrosystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstellen in Form eines Steckverbinders ausgestaltet sind.

24. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die aktorischen und/oder sensorischen Mikroelemente (1) Piezoelektrika, Magneto­ striktiva, Formgedächtnislegierungen oder Nanotubes sind.

25. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die aktorischen und/oder sensorischen Mikroelemente (1) lang gestreckte, kurze, rundliche, ovale, flache oder dreidimensional komplexe Formen oder eine beliebige Mischung einiger oder aller dieser Formen aufweisen.

26. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die aktorischen und/oder sensorischen Mikroelemente (1) isotrop ungeordnet, hochgeordnet, um eine Vorzugsrichtung verteilt angeordnet oder dreidimensional komplex verteilt im Matrixmaterial (2) vorliegen.

27. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bereich des Matrixmaterials (2) eine glatte, zerklüftete oder schwammartig poröse Oberfläche aufweist.

28. Mikrosystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche modifiziert oder beschichtet ist.

29. Anordnung, bei der mehrere Mikrosysteme nach einem der vorangehenden Ansprüche übereinander gestapelt sind.

30. Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem
aktorische und/oder sensorische Mikroelemente (1) mit einer Vergussmasse (2) versetzt werden,
Ansteuerelemente (3) für die aktorischen und/oder sensorischen Mikroelemente (1) auf einen Träger (4) aufgebracht werden, der eine Vielzahl von Öffnungen für ein Durchdringen der Vergussmasse (2) aufweist,
der Träger (4) mit den Ansteuerelementen (3) derart in die Vergussmasse (2) eingebracht wird, dass die Vergussmasse (2) den Träger (4) durch­ dringt und vollständig umgibt, und die Verguss­ masse (2) zumindest teilweise ausgehärtet wird.