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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen.
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Stand der Technik
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In weiten Anwendungsgebieten werden heutzutage Ultraschallwandler verwendet und benötigt. Bei der ultraschallbasierten Umfeldsensierung, beispielsweise, geben Ultraschallwandler meist Ultraschallwellen, insbesondere in einem Bereich oberhalb des Audiofrequenzbereichs, an die Umgebungsluft ab. Die Schallwellen werden von Objekten in einem Abstand bis beispielsweise 10 Metern rückgestreut und von einem Schallempfänger registriert, um so beispielsweise Hindernisse erkennen zu können.
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Das Dokument
US 7,995,777 B2 beschreibt einen Schallwandler, der als Lautsprecher einsetzbar ist. Der Schallwandler umfasst eine beispielsweise piezoelektrische und transparente Dünnschicht, die zwischen zwei elektrisch leitfähigen Dünnschichten angeordnet ist. Die piezoelektrische Dünnschicht kann beispielsweise aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) ausgestaltet sein, wohingegen die elektrisch leitfähigen und an der piezoelektrischen Dünnschicht angeordneten Dünnschichten aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanofasern, Graphen oder Kombinationen hieraus aufgebaut sein können.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen, umfassend eine piezoelektrische Schicht mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei auf der ersten Seite und gegenüberliegend auf der zweiten Seite jeweils wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element angeordnet ist, und wobei auf der ersten Seite auf der der piezoelektrischen Schicht gegenüberliegenden Seite des elektrisch leitfähigen Elements eine Schutzschicht umfassend Graphen ausgebildet ist.
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Ultraschallwellen können im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Wellen sein, welche eine Frequenz aufweisen, die oberhalb des von Menschen hörbaren Bereichs liegen. Beispielsweise können Ultraschallwellen eine Frequenz von mehr als 16 kHz aufweisen. Dabei können von dem Begriff Ultraschallwellen ebenfalls Wellen umfasst sein, die eine Frequenz von etwa 1 GHz aufweisen und somit als Hyperschallwellen bezeichnet werden können.
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Unter einer piezoelektrischen Schicht kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Schicht beziehungsweise jedes Element geeigneter Form verstanden werden, die piezoelektrische Eigenschaften aufweist und somit etwa durch das Einwirken einer Spannung, wie etwa einer Wechselspannung, eine Größenänderung beziehungsweise eine Geometrieänderung widerfahren kann. Ferner kann eine piezoelektrische Schicht die Eigenschaft aufweisen, dass sie etwa durch eine Größenveränderung und/oder Formänderung eine Spannung induzieren kann.
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Als elektrisch leitfähiges Element kann im Sinne der Erfindung ferner insbesondere eine Elektrode verstanden werden, welche eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die ausreichend ist, um die piezoelektrische Schicht zu aktivieren, also durch Erzeugen einer elektrischen Spannung und Einwirken letzterer in die piezoelektrische Schicht bei dieser eine Form- und/oder Geometrieänderung zu erzeugen, beziehungsweise von der piezoelektrischen Schicht induzierte Spannung aufzunehmen. Das elektrisch leitfähige Element kann dabei etwa ein Form einer Schicht vorliegen.
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Unter Graphen kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Kohlenstoffmodifikation verstanden werden, welche insbesondere eine zweidimensionale Struktur aufweisen kann. In dieser Struktur kann jedes der Kohlenstoffatome von drei weiteren Kohlenstoffatomen umgeben sein, wodurch sich eine Struktur ausbilden kann, die als bienenwabenförmiges Muster ausgebildet ist. Durch lokalisierte Doppelbindungen kann diese Struktur auch als eine zweidimensionale Aneinanderkettung von Benzolmolekülen beschrieben werden. Am äußeren Ende der Struktur können etwa andere Atomgruppen angeordnet sein. Diese können jedoch bezüglich der Eigenschaften des Gesamtmaterials vernachlässigbar sein. Eine Graphen-umfassende Schicht kann dabei ferner jede Schicht sein, die vollständig aus Graphen ausgebildet ist oder aber Graphen zumindest teilweise umfasst.
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Die vorliegende Anordnung kann somit insbesondere geeignet sein, ausgehend von einer an die elektrisch leitfähigen Elemente angelegten Spannung durch eine Aktivierung der piezoelektrischen Schicht Ultraschallwellen zu erzeugen. Dazu sind die elektrisch leitfähigen Elemente auf unterschiedlichen Seiten der piezoelektrischen Schicht gegenüberliegend angeordnet. Folglich sind sie derart angeordnet, dass sie die piezoelektrische Schicht aktivieren können und sich beispielsweise bei einer Draufsicht zumindest teilweise überdecken. Die vorliegende Anordnung kann ferner dazu geeignet sein, Ultraschallwellen durch eine durch Ultraschallwellen hervorgerufene Verformung der piezoelektrischen Schicht und dadurch durch eine in die elektrisch leitfähigen Elemente induzierte Spannung die Ultraschallwellen zu detektieren. Die vorliegende Anordnung kann somit als Ultraschallwandler bezeichnet werden. Derartige Vorrichtungen haben ein sehr großes Anwendungspotential. Beispielsweise können derartige Anordnungen beziehungsweise Ultraschallwandler für eine ultraschallbasierte Umfeldsensierung dienen, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen, bewegten Maschinen wie beispielsweise Robotern, oder auch zur Unterstützung sehbehinderter Menschen Anwendung finden können. Dabei können die Ultraschallwandler insbesondere angewendet werden, um Kollisionen mit Umgebungsobjekten zu verhindern und Umgebungskarten für Bahnplanungen zu ermitteln. Derartige Anordnungen zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen können ferner mit weiteren Sensierungstechnologien, wie etwa mit Videosystemen, kombiniert werden, so dass sich die Technologien ergänzen und die Detektionsleistung des Gesamtsystems noch weiter verbessert werden kann.
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Eine Erzeugung von Ultraschallwellen kann dabei durch ein Aktivieren der piezoelektrischen Schicht realisiert werden, insbesondere durch das Anlegen einer Spannung, wie etwa einer Wechselspannung, an die elektrisch leitfähigen Elemente. Durch ein Einwirken der elektrischen Spannung auf die zwischen den elektrisch leitfähigen Elementen angeordnete piezoelektrische Schicht kann letztere eine Form- und/oder Geometrieänderung erfahren. Durch diese Änderung, die in Abhängigkeit der Frequenz der Wechselspannung ablaufen kann, können Ultraschallwellen erzeugt werden, deren Frequenz abhängig sein kann von der Frequenz der beispielsweise angelegten Wechselspannung. Entsprechend können Ultraschallwellen detektiert werden, indem diese eine Form- und/oder Geometrieänderung der piezoelektrischen Schicht bewirken, wodurch eine elektrische Spannung an der piezoelektrischen Schicht erzeugt werden kann, welche durch die elektrisch leitfähigen Elemente detektierbar ist.
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Dadurch, dass auf der ersten Seite auf der der piezoelektrischen Schicht gegenüberliegenden Seite des elektrisch leitfähigen Elements eine Schutzschicht umfassend Graphen ausgebildet ist, kann die Robustheit beziehungsweise Beständigkeit des Ultraschallwandlers gegenüber Umwelteinwirkungen wie insbesondere gegenüber mechanischen Einwirkungen verbessert werden. Folglich kann die Graphen-umfassende Schicht insbesondere als Schutzschicht dienen, welche die elektrisch leitfähigen Elemente und die piezoelektrische Schicht vor äußeren Einflüssen schützen kann. Dies kann insbesondere durch die herausragenden Eigenschaften des Graphens ermöglicht werden. Im Detail kann Graphen eine besonders große Härte aufweisen, die vergleichbar mit der von Diamant sein kann. Darüber hinaus sind etwa Graphen-Flächenkristalle innerhalb der Flächen außerordentlich steif und fest. Der Elastizitätsmodul kann mit etwa 1200GPa dem von Diamant entsprechen. Die Zugfestigkeit von etwa 1,25 × 1011 kann dabei ungefähr 125 mal höher als bei Stahl sein.
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Folglich kann durch eine Graphen-umfassende Schutzschicht die Anordnung besonders sicher und zuverlässig arbeiten, wobei die Störungsanfälligkeit herabgesetzt werden kann, was einen besonders kostengünstigen Betrieb erlaubt.
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Durch eine Graphen-umfassende Schicht als Schutzschicht können bezüglich der Robustheit der elektrisch leitfähigen Elemente beziehungsweise der piezoelektrischen Schicht geringe Anforderungen gestellt werden. Dadurch können die elektrisch leitfähigen Elemente und die piezoelektrische Schicht bezüglich ihres eigentlichen Einsatzgebietes maßgeschneidert werden.
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Dabei kann die durch eine Graphen-umfassende Schicht verbesserte Robustheit der Schutzschicht und damit der gesamten Anordnung insbesondere bei derartigen Anwendungen von Vorteil sein, die starken Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, wie beispielsweise bei der Verwendung als Parksensor in Stoßfängern von Kraftfahrzeugen. Dabei kann die erste Seite der piezoelektrischen Schicht insbesondere die Seite sein, in welche die Ultraschallwellen gesendet werden, also als Funktionsseite bezeichnet werden kann, wohingegen die die Anordnung an der zweiten Seite der piezoelektrischen Schicht beispielsweise an einem Substrat angeordnet sein kann.
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Dabei kann grundsätzlich allein durch eine Graphen-umfassende Schicht eine auseichende Robustheit bei der Verwendung von nur einer Schutzschicht möglich sein, also insbesondere keine Mehrzahl an unterschiedlichen Schichten mit deren Mindestdicken und eventuellen Klebeschichten notwendig sein. Dadurch kann eine Anordnung zum Erzeugen von Ultraschallwellen ferner besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Die Verwendung einer reduzierten Anzahl an Schutzschichten hat dabei den weiteren Vorteil, dass durch eine geringere Anzahl an Schichten bereits durch weniger Material eine verbessert Sende- und Empfangsstärke der piezoelektrischen Schicht beziehungsweise der Anordnung gegeben sein kann. Darüber hinaus kann eine Graphen-umfassende Schicht verglichen mit anderen verwendbaren Schutzschichten bei einer vorbeschriebenen verbesserten Robustheit die Sendestärke beziehungsweise Empfangsstärke der Anordnung verglichen mit anderen vergleichbar robusten Schutzschichten deutlich geringer reduzieren beziehungsweise beeinflussen. Beispielsweise bietet Graphen durch sein vergleichsweise geringes Flächengewicht den Vorteil einer nur geringen schwingungsmechanischen Beeinträchtigung der piezoelektrischen Schicht.
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Dadurch kann eine hohe Empfangs- und Sendestärke erreicht werden und ferner ein nur geringer wartungsbedarf notwendig sein.
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Darüber hinaus kann bei der Verwendung einer Graphen-haltigen Schicht als Schutzschicht ein EMV-Schutz, also ein Schutz vor elektromagnetischer Einstreuung beziehungsweise Beeinflussung gegeben sein, welcher durch die gute Leitfähigkeit des Graphens stark ausgeprägt sein kann.
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Als weiterer Vorteil kann genannt werden, dass Graphen auf besonders einfache Weise gezielt aufbringbar ist, was das Erzeugen einer definierten Struktur erlaubt.
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Somit kann eine vorbeschriebene Anordnung zum Erzeugen von Ultraschallwellen nicht nur besonders robust sein, sondern darüber hinaus auch besonders leistungsstark sein.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die piezoelektrische Schicht eine ferroelektrische Schicht umfassen beziehungsweise aus dieser zumindest teilweise insbesondere vollständig ausgebildet sein. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die ferroelektrische Schicht ein Ferroelektret-Material umfasst beziehungsweise aus diesem zumindest teilweise insbesondere vollständig ausgebildet ist. Derartige Schichten können sich insbesondere durch eine große Robustheit und eine kostengünstige Herstellung auszeichnen. Aus derartigen Materialien lassen sich in verschiedenen Ausführungen, wie etwa als sogenannte Array Anordnung, besonders kostengünstig piezoelektrische Schichten herstellen. Diese Schichten können beispielsweise als insbesondere flexible Folien ausgestaltet beziehungsweise hergestellt sein und auch etwa als zellulare Folien oder als electromechanical film (EMFI) transducer bezeichnet werden. Ferroelektret-Schichten können im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere derartige sein, welche eine Porenstruktur aufweisen können, an deren Grenzfläche elektrostatisch positive und negative Ladungen lokalisiert und permanent gespeichert sein können. Ferner kann ein elektrisches Dipolmoment vorliegen und dieses durch das Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes, also etwa durch eine angelegte Spannung an die elektrisch leitfähigen Elemente die Richtung der spontanen Polarisation ändern. Dabei können insbesondere sämtliche nichtleitende ferroelektrische Materialien auch piezoelektrisch sein.
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Geeignete Ferroelektret-Materialien umfassen beispielsweise Polymere, wie etwa Polytetrafluorethylen, Polytetrafluorethylenpropylen, Polyethylenterephtalat, Polyvinylidenfluorid oder Copolymer von einem oder mehreren der vorgenannten Polymere.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die piezoelektrische Schutzschicht eine Dicke in einem Bereich von ≥ 50 μm bis ≤ 500 μm aufweisen. Piezoelektrische Schichten mit derartigen Dicken sind kostengünstig herstellbar und bieten darüber hinaus bei einer Formveränderung eine ausreichende Sendestärke und Empfangsstärke der erzeugten Ultraschallwellen. Darüber hinaus bieten piezoelektrische Schichten dieser Dicke eine geeignete Stabilität.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Graphen-umfassende Schicht eine Dicke in einem Bereich von ≤ 300 µm aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann durch eine geringe Dicke die schwingungsmechanische Beeinträchtigung der piezoelektrischen Schicht sehr gering gehalten werden, was die Leistungsfähigkeit bezüglich Sende- und Empfangsstärke somit groß behält. In dieser Ausgestaltung kann dabei trotz der geringen Dicke eine große Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen gegeben sein. Denn derartige Dicken reichen durch die überaus große Robustheit des Graphens aus, um eine ausreichende Stabilität und damit einen ausreichenden Schutz der elektrisch leitfähigen Elemente beziehungsweise der piezoelektrischen Schicht zu realisieren.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann auf der der elektrisch leitfähigen Elemente gegenüberliegenden Seite der Graphen-umfassenden Schutzschicht wenigstens eine weitere Schutzschicht angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung kann der Schutz der Anordnung noch weiter verbessert werden. Darüber hinaus kann die Graphen-umfassende Schicht selbst geschützt werden, so dass etwa Absplitterungen oder ein Einwirken von unerwünschten Substanzen auf das Graphen verhindert werden kann. Ferner kann die Graphen-umfassende Schicht insbesondere gegen Einwirkungen wie etwa Feuchte, Schmutz oder Licht, geschützt werden. Beispielsweise können geeignete weitere Schutzschichten dabei Parylen oder Polyimid, wie etwa Kapton, umfassen beziehungsweise aus diesen Materialien zumindest teilweise, beispielsweise vollständig, ausgebildet sein. Parylene, beispielsweise, sind dabei hydrophobe und chemisch resistente Kunststoffe, die eine gute Barrierewirkung gegenüber beispielsweise anorganischen und organischen Medien, starken Säuren, Laugen, Gasen und Wasserdampf aufweisen können. Darüber hinaus bieten Parylene eine gute elektrische Isolationsfähigkeit. Kapton ist unter seinem Handelsnamen von der Firma DuPont erhältlich, wobei es sich bei dieser Substanz um ein Polyimid handelt. Dieses kann insbesondere eine gute Hitzebeständigkeit und Strahlungsbeständigkeit aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann die Dicke sämtlicher vorgesehener Schutzschichten in einem Bereich von ≤ 300 µm liegen.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Anordnung eine Mehrzahl an Einzelsendern und/oder Einzelempfängern umfassen. In dieser Ausgestaltung kann der Vorteil einer erweiterten Signalverarbeitung erreicht werden. Insbesondere kann es in dieser Ausgestaltung möglich werden, die Richtung und Entfernung mehrere Objekte gleichzeitig sicher zu bestimmen. Diese Anordnung kann daher besonders vorteilhaft bei der Umfeldsensierung in komplexen Umgebungen mit mehreren Objekten angewendet werden. Um eine besonders große Leistungsfähigkeit zu erzielen, kann die Anordnung fünf oder mehr Einzelsender und/oder Einzelempfänger, beispielsweise in einer Anzahl von zehn bis dreißig, umfassen. Dabei kann eine Anordnung in dieser Ausgestaltung insbesondere dann als sogenannte Array-Anordnung bezeichnet werden, wenn der Abstand von zwei oder mehreren Einzelsendern beziehungsweise Einzelempfängern untereinander jeweils weniger als die halbe Luftschalwellenlänge beträgt. Das Einhalten dieser Abstände kann durch die erfindungsgemäße Anordnung bedeutend einfacher möglich sein, als es gemäß dem Stand der Technik, etwa bei mechanischen Resonanzwandlern möglich ist. Unter einem Einzelsender beziehungsweise einem Einzelempfänger kann dabei insbesondere eine Kombination aus piezoelektrischer Schicht und jeweils einem elektrisch leitfähigen Element auf der ersten und zweiten Seite verstanden werden, bei dem wenigstens eines der piezoelektrischen Schicht und/oder wenigstens eines elektrisch leitfähigen Elements von der jeweiligen entsprechenden Komponente des benachbarten Empfängers und/oder Senders insbesondere elektrisch isolierend getrennt ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen für eine Umfeldsensierung oder für eine drahtlose Kommunikation. In dieser Ausgestaltung kann durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung eine Umfeldsensierung besonders sicher und zuverlässig durchgeführt werden, da die Anordnung besonders robust und stabil gegenüber äußeren Einflüssen ist. Eine Umfeldsensierung kann dabei insbesondere ein Untersuchen der Umgebung bezüglich vorhandener Objekte umfassen. Die Umfeldsensierung kann dabei dazu dienen, Kollisionen mit Objekten zu verhindern und/oder eine Umgebungskarte zu erstellen, um beispielsweise eine Bahnplanung durchzuführen. Ein Umfeldsensierung kann dabei beispielsweise Verwendung finden bei Fahrerassistenzsystemen bei Kraftfahrzeugen wie etwa bei Einparksystemen, bei einer Manöver-Unterstützung, oder bei einer Überwachung des toten Winkels. Ferner kann eine Anwendung bei Robotern, wie Staubsaugern, Rasenmäher oder Transportrobotern, etwa in einer Fertigungsanlage, oder auch in Krankenhäusern oder Pflegeheimen geeignet sein. Weitere beispielhafte Anwendungen umfassen die Überwachung von Fertigungsprozessen, die Unterstützung von sehbehinderten Menschen, wie etwa als Hinderniswarner, Ultraschall-Schock-Geräte oder einen sogenannten Ultraschall-Blindenhund. Schließlich kann eine Anwendung in der Sicherheitstechnik vorteilhaft sein, insbesondere bei der Raumüberwachung, der Ortung von eindringenden Personen oder Objekten. Als weitere beispielhafte Anwendung kann sich die Ultraschall-Kommunikation etwa in der Luft, beispielsweise bei einer Fernbedienung oder der Kommunikation zwischen bewegten Fahrzeugen oder Maschinen, anbieten.
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Bezüglich weiterer Vorteile wird auf die vorstehenden Ausführungen betreffend die erfindungsgemäße Anordnung verwiesen.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen umfassend die Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen einer piezoelektrischen Schicht mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite;
- b) Anordnen wenigstens eines elektrisch leitfähigen Elements auf der ersten Seite der piezoelektrischen Schicht;
- c) Anordnen wenigstens eines elektrisch leitfähigen Elements auf der zweiten Seite der piezoelektrischen Schicht; und
- d) Anordnen einer Graphen-umfassenden Schutzschicht auf der ersten Seite der piezoelektrischen Schicht auf der der piezoelektrischen Schicht gegenüberliegenden Seite des elektrisch leitfähigen Elements.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Anordnung zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen hergestellt werden, welche eine besonders große Robustheit beziehungsweise Stabilität gegenüber äußeren Einflüssen aufweist und dabei besonders sicher und zuverlässig arbeitet.
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Dabei können die Verfahrensschritte grundsätzlich in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner kann ein Anordnen einer Komponente auf einer weiteren Komponente das Aufbringen jeder der Komponenten auf der jeweils anderen bedeuten. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann die Anordnung jedoch folgendermaßen hergestellt werden. Zunächst wird die piezoelektrische Schicht, welche etwa eine ferroelektrische Schicht sein kann, bereitgestellt. Auf ihre erste Seite kann dann wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element aufgebracht werden. Dieses Element kann beispielsweise eine Schicht darstellen und etwa als Metallisierung aufgebracht werden. Grundsätzlich können als elektrisch leitfähige Elemente Metalle, wie etwa Aluminium oder Kupfer, als auch elektrisch leitfähige Polymere, wie beispielsweise Poly(3,4-ethylendioxythiophen) poly(styrolsulfonat (PEDOT:PSS) Verwendung finden, wobei vorbeschriebene Beispiele nicht einschränkend sein sollen. Als Verfahren zum Anordnen des elektrisch leitfähigen Elements sind beispielsweise Aufsputtern oder Aufdrucken, etwa durch Siebdruck oder Flexodruck, geeignet. Dieses elektrisch leitfähige Element kann dann die Funktion einer Masse-Elektrode aufweisen. Auf das elektrisch leitfähige Element auf der ersten Seite der piezoelektrischen Schicht kann im Folgenden wenigstens eine Graphen-umfassende Schutzschicht aufgebracht werden. Auf die Graphen-umfassende Schutzschicht können ferner weitere Schutzschichten aufgebracht werden. bezüglich der zweiten Seite der piezoelektrischen Schicht kann hier ebenfalls wenigstens ein, insbesondere eine Mehrzahl an räumlich getrennten elektrisch leitfähigen Elementen aufgebracht werden. Beispielsweise kann die piezoelektrische Schicht zusammen mit den auf der zweiten Seite angeordneten elektrisch leitfähigen Elementen auf ein Substrat aufgeklebt werden, wobei durch den Klebstoff die elektrisch leitfähigen Elemente von einander räumlich getrennt und elektrisch isoliert werden können.
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Bezüglich weiterer Vorteile wird auf die vorstehenden Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Graphen-umfassende Schutzschicht durch ein epitaktisches Aufwachsen auf der ersten Seite der piezoelektrischen Schicht auf der der piezoelektrischen Schicht gegenüberliegenden Seite des elektrisch leitfähigen Elements angeordnet werden. In dieser Ausgestaltung lässt sich die Graphen-umfassende Schutzschicht besonderes gut steuerbar aufbringen, wodurch definierte Eigenschaften erzeugbar sind. Darüber hinaus lässt sich durch ein derartiges Verfahren eine Graphen-Struktur erzeugen, welche besonders robust gegenüber äußeren Einflüssen ist. Unter einem epitaktischem Aufwachsen kann dabei insbesondere ein Prozess verstanden werden, bei dem sich Graphen in geordneter Weise auf einer Oberfläche beispielsweise eines anderen Materials bildet beziehungsweise anordnet. Als nicht beschränkendes Beispiel sei hier ein Verfahren genannt, bei dem unter Erhitzen sich Kohlenstoff in einem Metall, also etwa in dem elektrisch leitfähigen Element, löst, beim Abkühlen wieder heraustritt und sich folgend als Graphen auf der Oberfläche anordnet.
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Zeichnungen und Beispiele
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt
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1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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In 1 ist eine Ausführungsform einer Anordnung 1 zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen gezeigt. Eine derartige Anordnung 1 kann Anwendung finden beispielsweise bei der Umfeldsensierung oder bei einer drahtlosen Kommunikation.
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Die Anordnung 1 umfasst eine piezoelektrische Schicht 2, wie etwa eine ferroelektrische Schicht beziehungsweise eine Ferroelektret-umfassende Schicht, mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite. In 1 ist die porenförmige Struktur der Ferroelektret-umfassenden Schicht als piezoelektrische Schicht 2 gezeigt, welche eine Matrix 3 aus einem Ferroelektret-Material und in der Matrix vorliegende Poren 4 aufweist. Die piezoelektrische Schicht kann dabei eine Dicke in einem Bereich von ≥ 50 μm bis ≤ 500 μm aufweisen.
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Auf der ersten Seite und gegenüberliegend auf der zweiten Seite ist jeweils wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element 5, 6, 7 angeordnet. Beispielsweise kann auf der ersten Seite ein als Schicht ausgebildetes elektrisch leitfähiges Element 5 vorgesehen sein, wohingegen auf der zweiten Seite eine Mehrzahl an elektrisch leitfähigen Elementen 6, 7 angeordnet sind, die als Leiterbahnen ausgebildet sein können und eine Wandlerelektrode bilden können. Dabei können die auf unterschiedlichen Seiten angeordneten elektrisch leitfähigen Elemente 5 beziehungswiese 6 und 7 gegenüberliegend angeordnet sein. Ferner können die auf einer Seite angeordneten Elemente 6, 7 räumlich voneinander getrennt und elektrisch voneinander isoliert sein, so dass die Anordnung 1 eine Mehrzahl an Einzelsendern 8, 9 umfasst, die gleichermaßen als Einzelempfänger dienen können. Somit können die Einzelsender 8, 9 beziehungsweise die Einzelempfänger als einzelne Wandlerelemente bezeichnet werden.
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1 zeigt weiterhin, dass auf der ersten Seite auf der der piezoelektrischen Schicht 2 gegenüberliegenden Seite des elektrisch leitfähigen Elements 5 eine Schutzschicht 10 umfassend Graphen ausgebildet ist. Die Graphen-umfassende Schutzschicht 10 kann dabei etwa eine Dicke in einem Bereich von ≤ 300 µm aufweisen. Ferner kann auf der der elektrisch leitfähigen Elemente 5, 6, 7 gegenüberliegenden Seite der Graphen-umfassenden Schutzschicht 10 wenigstens eine weitere Schutzschicht 11, beispielsweise umfassend Parylen oder Kapton, angeordnet sein.
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Darüber hinaus kann die piezoelektrische Schicht 2 zusammen mit den elektrisch leitfähigen Elementen 6, 7 auf einem Substrat 12 angeordnet, beispielsweise durch einen Klebstoff 13 mit diesem verklebt sein. Dabei kann beispielsweise der Klebstoff 13 die elektrisch leitfähigen Elemente 6, 7 räumlich voneinander trennen und voneinander elektrisch isolieren.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen und/oder Detektieren von Ultraschallwellen kann insbesondere die folgenden Verfahrensschritte umfassen:
- a) Bereitstellen einer piezoelektrischen Schicht 2 mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite;
- b) Anordnen wenigstens eines elektrisch leitfähigen Elements 5 auf der ersten Seite der piezoelektrischen Schicht 2;
- c) Anordnen wenigstens eines elektrisch leitfähigen Elements 6, 7 auf der zweiten Seite der piezoelektrischen Schicht 2; und
- d) Anordnen einer Graphen-umfassenden Schutzschicht 10 auf der ersten Seite der piezoelektrischen Schicht 2 auf der der piezoelektrischen Schicht 2 gegenüberliegenden Seite des elektrisch leitfähigen Elements 5, insbesondere durch ein epitaktisches Aufwachsen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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