DE102013226931A1

DE102013226931A1 - Dehnfähige, elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung

Info

Publication number: DE102013226931A1
Application number: DE102013226931.5A
Authority: DE
Inventors: Haitao Rong; Stephan Nowak; Torsten Feller; Ayse Cochet; Julia Hitzbleck
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine dehnfähige, elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung umfassend eine erste elektrisch-leitfähige Schicht, eine zweite elektrisch-leitfähige Schicht und eine elektrisch-leitfähige Füllstoffe enthaltende dehnfähige Klebeschicht, wobei zumindest die erste elektrisch-leitfähige Schicht zumindest in der Ebene ihrer Schichterstreckung dehnfähig ausgebildet ist, wobei die Klebeschicht die erste und die zweite elektrisch-leitfähige Schicht zumindest abschnittweise miteinander verbindet und wobei die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht unterhalb der Perkolationsschwelle der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine dehnfähige, elektrisch anisotrop leitende Kontaktierungsanordnung, insbesondere zwischen leitfähigen, hoch dehnfähigen isotrop leitenden Schichten elektroaktiver Polymere (EAP). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierung zwischen zwei elektrisch-leitfähigen Schichten sowie einen elektromechanischen Wandler mit zumindest einer dehnfähigen, elektrisch leitenden Kontaktierungsanordnung.
In einer Vielzahl von technischen Anwendungen ist es erforderlich, eine erste Komponente, wie eine erste, isotrop, elektrisch-leitfähige Schicht, mit einer weiteren Komponente, wie eine zweite, isotrop, elektrisch-leitfähige Schicht, elektrisch und mechanisch miteinander zu verbinden. Zur elektrischen Kontaktherstellung zwischen den beiden isotrop-elektrisch-leitfähigen Schichten kann beispielsweise eine elektrisch-leitfähige Klebeschicht verwendet werden. Die Klebeschicht kann auf mindestens eine Oberseite einer dieser Schichten aufgetragen werden, also zwischen die zu verbindenden Schichten appliziert werden, so dass die beiden Schichten im applizierten Zustand miteinander verklebt sind und somit elektrisch und mechanisch in Kontakt stehen.
Besondere Anforderungen an die elektrisch-leitfähige Klebeschicht ergeben sich dann, wenn die erste und/oder die zweite zu verbindende elektrisch-leitfähige Schicht/en beispielsweise während des Betriebs Bewegungen unterworfen ist/sind und sich beispielsweise ausdehnt/en und/oder zusammenzieht/en. In diesem Fall ist es für die Aufrechterhaltung der elektrischen Verbindung zwischen den beiden elektrisch-leitfähige Schichten erforderlich, dass die elektrisch-leitfähige Klebeschicht ebenfalls dehnfähig gebildet ist und unter Dehnung permanent eine hohen Leitfähigkeit, d. h. einen Widerstand < 10000 Ohm/square bei Dehnung von 70% besitzt.
Eine beispielhafte technische Anwendung, bei denen sich zwei miteinander verbundene elektrisch-leitfähige Schichten (regelmäßig) ausdehnen und zusammenziehen, ist ein elektromechanischer Wandler. Elektromechanische Wandler wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um und umgekehrt.
Ein solcher elektromechanischer Wandler ist grundsätzlich aus elektroaktiven Polymeren (EAP) aufgebaut. Das Aufbauprinzip und die Wirkungsweise sind denen eines elektrischen Kondensators ähnlich. Zwischen zwei elektrisch-leitfähige Schichten, also Elektroden, an welche eine Spannung angelegt werden kann, befindet sich ein Dielektrikum, nämlich EAP. Allerdings handelt es sich bei EAP um ein dehnbares Dielektrikum, welches sich abhängig von dem anlegbaren elektrischen Feld verformt. Genau genommen sind es dielektrische Elastomere meist in Form von Folien (DEAP; dielektrisches elektroaktives Polymer), welche einen hohen elektrischen Widerstand haben und beidseitig mit vorzugsweise dehnbaren Elektroden mit (hoher) Leitfähigkeit beschichtet sind (Elektrode).
Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden ändert sich die Form des Elastomers. Hierdurch wird eine direkte Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie in Form von Dehnung ermöglicht. In einem umgekehrten Vorgang können die EAP auf Grund einer äußeren Krafteinwirkung, wie dem Ausüben eines Drucks z.B. durch Wasserwellen, gedehnt werden. Dadurch kann mechanische Energie in elektrische Energie konvertiert werden.
Elektromechanische Wandler umfassend EAP können aufgrund dieser besonderen Eigenschaften in Aktoren, Sensoren und/oder Generatoren eingesetzt werden.
Wie bereits beschrieben wurde, ist für eine Konvertierung zwischen elektrischer und mechanischer Energie eine elektrisch-leitfähige Kontaktierung zwischen dem EAP und der stromanbietenden bzw. stromaufnehmenden Stelle erforderlich. An diese Kontaktierung werden verschiedene Anforderungen, wie eine ausreichende mechanische Festigkeit und elektrische Zuverlässigkeit gestellt. Insbesondere ist es bei diesen elektromechanischern Wandlern erforderlich, dass die elektrische Kontaktierung dehnfähig ist, um bei einer Dehnung des EAP nicht beschädigt zu werden und somit während des Betriebs des elektromechanischen Wandlers eine ausreichenden elektrische Verbindung beizubehalten.
Aus dem Stand der Technik sind zwar elektrisch leitenden Klebstoffe insbesondere aus dem Bereich der Integration von Mikrochips bekannt. Die Klebstoffe dienen jedoch als Alternative zu Lötverbindungen und weisen einen hohen Anteil an elektrisch-leitfähige Füllstoffen, wie Metallpartikel auf. Typische Klebstoffe weisen 15 Vol.-% bis 25 Vol.-% von Metallpartikeln auf und funktionieren nach der Perkolationstheorie. Mit anderen Worten sind sie elektrisch volumenleitend. Diese Eigenschaften führen jedoch zu einer geringen Dehnungsfähigkeit. Die bekannten leitfähigen Klebstoffe eignen sich daher insbesondere bei Anwendungen, wie elektromagnetischen Wandlern umfassend EAP, nicht, um eine zuverlässige und dauerhafte elektrische und mechanische Kontaktierung von zwei elektrisch-leitfähigen Schichten bereitzustellen, da bei einer Dehnung des EAP bzw. der Elektrode des EAP zumindest die elektrische Verbindung, oftmals auch die mechanische Verbindung, unterbrochen wird. Zudem sind hohe Mengen an Metallpartikeln, welche meist aus Silber bestehen, teuer und somit für eine technische Nutzung zu unwirtschaftlich.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine dehnfähige, elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung zur Verfügung zu stellen, welche die zuvor genannten Nachteile zumindest teilweise reduziert und insbesondere eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen zwei elektrisch-leitfähigen Schichten auch dann sicherstellt, wenn sich zumindest eine der zwei elektrisch-leitfähigen Schichten in der planparallelen Richtung dehnt/zusammenzieht. Hierbei sind zwar anisotrop, leitfähige Kleber bekannt, allerdings verlieren diese ihre Leitfähigkeit bei Dehnungen größer 4%, da diese meist aus nicht dehnfähigen Epoxidharzen bestehen.
Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei einer dehnfähigen, elektrisch leitenden Kontaktierungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die dehnfähige, elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung umfasst eine erste elektrisch-leitfähige Schicht. Die Kontaktierungsanordnung umfasst eine zweite elektrisch-leitfähige Schicht. Die Kontaktierungsanordnung umfasst eine elektrisch-leitfähige Füllstoffe enthaltende dehnfähige Klebeschicht. Zumindest die erste elektrisch-leitfähige Schicht ist zumindest in der Ebene ihrer Schichterstreckung dehnfähig ausgebildet. Die Klebeschicht verbindet die erste und die zweite elektrisch-leitfähige Schicht zumindest abschnittweise miteinander. Die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht liegt unterhalb der Perkolationsschwelle der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe.
Indem im Gegensatz zum Stand der Technik die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht unterhalb der Perkolationsschwelle der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe liegt, kann eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen zwei elektrisch-leitfähigen Schichten auch dann sichergestellt werden, wenn sich zumindest eine der zwei elektrisch-leitfähigen Schichten in der planparallelen Richtung dehnt/zusammenzieht.
Die Kontaktierungsanordnung umfasst zumindest zwei elektrisch-leitfähige Schichten, welche elektrisch und mechanisch miteinander kontaktiert bzw. verbunden werden sollen. Beispielhafte elektrisch-leitfähige Schichten sind Metallschichten oder dergleichen. Insbesondere wird eine Oberfläche der ersten elektrisch-leitfähigen Schicht mit einer Oberfläche der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht elektrisch zumindest abschnittsweise verbunden. Vorzugsweise kann die Klebeschicht zumindest teilweise zwischen der ersten elektrisch-leitfähige Schicht und der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht angeordnet sein.
Zumindest eine der mindestens zwei miteinander zu verbindenden Schichten ist in der Ebene ihrer Schichterstreckung dehnfähig ausgebildet. In einer späteren Anwendung erfährt die mindestens eine dehnfähige Schicht zumindest zeitweise eine Volumenänderung, wird also gedehnt oder zusammengezogen. Um auch bei einer Dehnung von zumindest einer der zumindest zwei elektrisch-leitfähigen Schichten in der Ebene ihrer Schichterstreckung eine zuverlässige elektrische und mechanische Verbindung zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten sicherzustellen, ist zumindest abschnittsweise zwischen den elektrisch-leitfähigen Schichten eine elektrisch leitende und dehnfähige Klebeschicht vorgesehen.
Die elektrische Leitfähigkeit der Klebeschicht wird durch elektrisch-leitfähige Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht bereitgestellt. Um eine gute Dehnfähigkeit zu erzielen liegt die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht unterhalb der Perkolationsschwelle. Mit anderen Worten ist der Klebstoff in einem nicht-applizierten Zustand elektrisch nicht leitend. Die elektrische Leitfähigkeit wird erst im applizierten Zustand, also in einem Zustand, in denen die beiden elektrisch-leitfähigen Schichten inkontaktgebracht bzw. mechanisch verbunden sind, hergestellt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktierungsanordnung kann die erste elektrisch-leitfähige Schicht als elektrisch-leitfähige Beschichtung einer dehnfähigen Folie, insbesondere einer dehnfähigen Kunststofffolie, ausgebildet sein. Eine elektrisch-leitfähige Beschichtung kann insbesondere eine Elektrode sein. Indem die elektrisch-leitfähige Beschichtung dehnfähig ist, kann sie sich an die Volumenänderung der dehnfähigen Folie anpassen. In einfacher Weise kann sichergestellt werden, dass auch bei einer Volumenänderung der dehnfähigen Folie der mechanische und/oder elektrische Kontakte zwischen Folie, erster und zweiter elektrisch-leitfähiger Schicht aufrechterhalten bleibt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Kontaktierungsanordnung kann die erste elektrisch-leitfähige Schicht als Elektrode eines dehnfähigen Elektroaktiven Polymers (EAP) ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die elektrisch-leitfähige Schicht aus einem Material gebildet sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Metalle, Metalllegierungen, leitfähige Oligo- oder Polymere, leitfähige Oxide und/oder mit leitfähigen Füllstoffen gefüllte Polymere. Bevorzugt werden hoch leitfähige Füllstoffe verwendet, wobei besonders bevorzugt Metalle wie Silber und Kupfer verwendet werden. Größe bzw. Durchmesser der Partikeln entsprechen mindestens der Schichtdicke der Klebschichten und überschreiten diese besonders bevorzugt. Besonders bevorzugt sind diese kugelförmig und die bevorzugt ist die Partikelgröße möglichst eng verteilt.
In der Elektronik- und Elektroindustrie, z B. bei der Integration von Mikrochips, ist es bekannt, eine elektrische Kontaktierung über Klebstoffe, die elektrisch-leitenden Zusätze, z B Metallpulver oder Metallflocken enthalten, herzustellen Hierbei sind i d R. isotrop elektrisch-leitende Klebstoffe (Isotropie conductive adhesive, ICA) und anisotrop elektrisch-leitende Klebstoffe (Anisotropie conductive adhesive, ACA) eingesetzt. Die isotrop elektrisch-leitenden Klebstoffe sind Klebstoffe mit elektrisch-leitenden Füllstoffen in einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwelle und sind somit elektrisch volumenleitend. Sie werden überwiegend als eine umweltfreundliche und kostengünstige Alternative zum Löten in Elektroindustrie eingesetzt. Anisotrop elektrisch-leitende Klebstoffe enthalten leitfähige Partikeln mit gut definierten Partikelgrößen und Größenverteilung, jedoch mit wesentlich niedrigerem Gehalt im Vergleich zu dem in isotrop leitfähigen Klebstoffen und aufgrund der niedrigen Konzentration elektrisch selbst nicht leitend. Sie werden vor allem in der Mikroelektroindustrie zur Herstellung einer elektrisch-leitenden Klebeverbindung zwischen zwei Bauteilen mit hoher bis sehr hoher Auflösung, z. B. bei der Integration von Mikrochips.
Ferner kann vorzugsweise das Polymer ausgewählt sein aus der Gruppe der Elastomere umfassend Polyurethan-Elastomere, Silikon-Elastomere Acrylat-Elastomere (z.B. Ethylen Vinyl Acetat), Fluorkautschuk, Kautschuk, Gummi, Polyurethan, Polybutadatien, NBR oder Isoprene und/oder Polyvinylidenfluorid. Bevorzugt werden Polyurethan-Elastomere verwendet. Die Elastomere verkleben die Schichten und sind bevorzugt > 70% dehnbar. Besonders bevorzugt handelt es sich um vernetzte Elastomere, die bei wiederholten Dehnung ein hohes Rückstellvermögen besitzen. Somit werden besonders bevorzugt keine thermoplastischen Materialien eingesetzt. Es werden ganz besonders bevorzugt mehrkomponentige Klebstoffe eingesetzt.
Darüber hinaus können vorzugsweise die erste und die zweite elektrisch-leitfähige Schicht jeweils als elektrisch-leitfähige Beschichtung einer Folie, insbesondere einer dehnfähigen Kunststofffolie, speziell eines dehnfähigen Elektroaktiven Polymers (EAP), ausgebildet sein.
Ferner kann/können die erste und/oder die zweite elektrisch-leitfähige Schicht strukturiert sein, insbesondere in Form von Leiterbahnen. Unter einer strukturierten Elektrode ist insbesondere eine elektrisch-leitfähige Schicht zu verstehen, welche aktive und passive Bereiche aufweist. Es können gezielt bestimmte Bereiche aktiviert und andere Bereiche nicht aktiviert werden. Eine gezielte Formänderung des Substrats in eine oder mehrere Richtungen ohne eine wesentliche Änderung in eine andere Richtung ist möglich. Zudem weisen strukturierte bzw. segmentierte Elektroden, insbesondere Leiterbahnen, eine erhöhte Dehnfähigkeit auf.
Um eine Kontaktierungsanordnung mit besonders guten Dehnungseigenschaften bereitzustellen, kann die dehnfähige Klebeschicht ein dehnfähiges Bindemittel auf Basis von Polyurethan oder Acrylat enthalten. Insbesondere kann die dehnfähige Klebeschicht durch einen elektrisch-leitfähige Füllstoffe enthaltenden doppelseitigen Klebstofffilm oder aus einer flüssigen Klebstoffformulierung gebildet sein. Insbesondere kann der Klebstoff ein anisotrop elektrisch leitender Klebstoff (Anisotropie conductive adhesive (ACA)) sein.
Grundsätzlich können als elektrisch-leitfähige Füllstoffe beliebige Füllstoffe eingesetzt werden, so lange sie eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit für die gewünschte Anwendung aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe Metallpartikel, mit einer Metall- oder Metalllegierung beschichtete Metall-, Kunststoff- oder Glaspartikel, Graphit, Ruß und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen umfassen.
Eine Kontaktierungsanordnung mit besonders guten elektrischen Eigenschaften lässt sich dadurch erzielen, dass die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe vorzugsweise Silberpartikel oder/und Silber-beschichtete Polymer- oder Metall- oder Metalllegierungsmikrokügelchen umfassen.
Eine besonders bevorzugte Kombination sind Silbermikropartikel als elektrisch-leitfähige Füllstoffe und 2K-Polyurethane-Klebstoffformulierungen mit einer im Wesentlichen identischen chemischen Zusammensetzung wie die mindestens eine dehnfähige Folie, insbesondere EAP Folie. Silbermikropartikel weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf und können in einfacher Weise in die Klebstoffformulierung durch einen Mischer integriert werden. Indem die chemischen Zusammensetzungen der Folie und der Klebeschicht im Wesentlichen gleich sind, sind insbesondere auch die Dehnungseigenschaften der beiden Komponenten im Wesentlichen gleich. Bei einer Dehnung der Folie kann sich die Klebeschicht in entsprechender Weise dehnen. Eine besonders zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung kann zur Verfügung gestellt werden.
Wie bereits beschrieben wurde, weist die Klebeschicht im nicht-applizierten Zustand keine Volumenleitfähigkeit auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann insbesondere im applizierten Zustand mindestens ein einzelnes Partikel oder eine einzelne Flocke bzw. deren Aggregate in den elektrisch-leitfähigen Füllstoffen eine Größe in der Richtung senkrecht zur Erstreckung der Klebeschicht aufweisen, die der Dicke der Klebeschicht entspricht. Im applizierten Zustand sind die Partikel oder Flocken zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten eingeklemmt. Dies führt zu einem elektrischen Kontakt zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten. Selbst wenn die Klebeschicht eine Dehnung von 50 bis 150 % in die planparallele Richtung z.B. aufgrund einer entsprechenden Dehnung der EAP Folie erfährt, kann eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten (jederzeit) sichergestellt werden.
Grundsätzlich kann die Form der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe beliebig sein. In einer bevorzugten Ausführungsform können die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe teilweise annähernd kugelförmig ausgebildet sein. Vorteil einer kugelförmigen Ausbildung ist, dass die Ausdehnung des Partikels von seinem Zentrum in sämtliche Raumrichtungen im Wesentlichen gleich ist. Wird ein kugelförmiges Partikel oder eine kugelförmige Flocke zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten eingeklemmt, so kann sichergestellt werden, dass auch bei einer Lageänderung des Partikels beispielsweise aufgrund einer Dehnung der Klebeschicht stets ein Kontakt mit der ersten und der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht sichergestellt ist. Eine besonders zuverlässige elektrische Verbindung kann zur Verfügung gestellt werden.
Die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht liegt unterhalb der Perkolationsschwelle und kann in einem weiten Bereich variiert werden. Vorzugsweise kann die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht unterhalb der Perkolationsschwelle liegen und gemäß einer Ausführungsform zumindest größer oder gleich 0,01 Vol.-%, insbesondere größer oder gleich 0,03 Vol.-% sein. Es hat sich gezeigt, dass bereits ab einer Volumenkonzentration von 0,01 Vol.-% eine ausreichende und zuverlässige elektrische Kontaktierung realisiert werden kann. Eine besonders gute elektrische Kontaktierung kann bei einer Volumenkonzentration größer oder gleich 0,03 Vol.-% erreicht werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer dehnfähigen, elektrisch leitenden Kontaktierung zwischen zwei elektrisch-leitfähigen Schichten gemäß Anspruch 13. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

– Bereitstellen einer ersten elektrisch-leitfähigen Schicht und einer zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht, wobei zumindest die erste elektrisch-leitfähige Schicht zumindest in der Ebene ihrer Schichterstreckung dehnfähig ausgebildet ist,
– Aufbringen einer elektrisch-leitfähige Füllstoffe enthaltenden dehnfähigen Klebeschicht auf die erste und/oder die zweite elektrisch-leitfähige Schicht, wobei die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht unterhalb der Perkolationsschwelle liegt und
– Inkontaktbringen der ersten und der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht über die Klebeschicht, so dass eine dehnfähige elektrisch leitende Klebeverbindung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht hergestellt wird.

Insbesondere kann durch das Verfahren die zuvor beschriebe elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung hergestellt werden.
Nachdem die mindestens zwei elektrisch und mechanisch zu verbindenden elektrisch-leitfähigen Schichten bereitgestellt wurden, wird eine elektrisch-leitfähige Füllstoffe enthaltende dehnfähige Klebeschicht auf zumindest eine der beiden elektrisch-leitfähigen Schichten appliziert. Die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht ist derart, dass die Klebeschicht nur im applizierten Zustand elektrisch-leitfähig ist. Um den applizierten Zustand herzustellen, werden die beiden elektrisch-leitfähigen Schichten derart inkontaktgebracht, dass eine dehnfähige elektrisch leitende Klebeverbindung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht hergestellt wird.
Vorzugsweise kann bei der Herstellung einer solchen Klebverbindung beim und/oder nach dem Inkontaktbringen der ersten und der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht Druck auf die Anordnung während der Aushärtung ausgeübt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich zu einer Druckausübung die Schichtanordnung beim und/oder nach dem Inkontaktbringen der ersten und der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht erwärmt werden. Beispielsweise kann eine Hand- und/oder maschinelle Lamination oder Pressen durchgeführt werden. Optimale Verarbeitungsbedingungen einschließlich geeigneter Drucke und Temperaturen können ermittelt werden, indem man die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der so erhaltenen Klebverbindungen hinsichtlich der anwendungsbezogenen technischen Anforderungen prüft und entsprechend anpasst. Insbesondere kann bei einer Temperatur zwischen 60 °C und 90 °C, vorzugsweise von 80 °C die Aushärtungszeit im Vergleich zu einer Behandlung bei Raumtemperatur signifikant verkürzt werden.
In einfacher Weise kann eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen zwei elektrisch-leitfähigen Schichten auch dann sichergestellt werden, wenn sich die Klebeschicht in der planparallelen Richtung dehnt/zusammenzieht.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektromechanischer Wandler, insbesondere enthaltend ein elektroaktives Polymer (EAP), umfassend wenigstens eine zuvor beschriebene dehnfähige, elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung.
Beispielsweise kann eine elektromechanische Wandlereinrichtung oder ein elektromechanisches Wandlersystem in strukturierten Drucksensoren für Tastaturen oder Touchpads, Beschleunigungssensoren, Mikrofonen, Lautsprechern, Ultraschallwandlern für Anwendungen in der Medizintechnik, der Meerestechnik oder zur Materialprüfung verwendet werden.
Darüber hinaus kann die beschriebene dehnfähige, elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung auch in anderen technischen Bereichen, in denen eine elektrische und gleichzeitig dehnfähige Kontaktierung benötigt wird, eingesetzt werden, wie zum Beispiel im Bereich der „Smart Textiles“ und Funktionsbekleidung. Ganz besonders bevorzugt wird diese Verklebung für Generatoren, besonders bevorzugt für Wellenenergiegeneratoren eingesetzt.
Die Merkmale der Verfahren und Vorrichtungen sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert eigenständig erfinderisch sein.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Kontaktierungsanordnung, das erfindungsgemäße Verfahren und den erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandler auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Klebeschicht gemäß der vorliegenden Erfindung in einem nicht-applizierten Zustand,
2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Kontaktierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kontaktierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kontaktierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer dehnfähigen, elektrisch leitenden Kontaktierung zwischen zwei elektrisch-leitfähigen Schichten, und
6 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines elektromechanischen Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet.
Die 1a zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Klebeschicht 2 bzw. eines Klebstoffes 2 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem nicht-applizierten Zustand. Die Klebeschicht 2 umfasst eine Mehrzahl von elektrisch-leitfähigen Füllstoffen 4. Vorliegend sind die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe 4 partikelförmig ausgebildet und weisen insbesondere eine im Wesentlichen kugelförmige Form auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe 4 Silberpartikel.
Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung andere elektrisch elektrisch-leitfähige Füllstoffe, insbesondere aus einem anderen Material und/oder mit einer anderen Form, verwendet werden können. So kann der Klebstoff 2 elektrisch-leitende Additivmaterialien 4 mit gleichen oder unterschiedlichen Formen und Geometrie enthalten, wobei die Größe bzw. Durchmesser der Partikel vorzugsweise mindestens die Schichtdicke der Klebeschicht 2 im applizierten Zustand aufweisen und insbesondere vorzugsweise sie leicht überschreiten kann. Bevorzugt sind kugelförmige Additivmaterialien 4 bzw. Füllstoffe 4, deren Partikelgröße möglichst eng verteilt ist, mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit. Für bestimmte Anwendungsfälle, z.B. wenn die Rauhigkeit der Elektrodenoberflächen sehr hoch sein soll, kann die Verwendung von Füllstoffen 4 mit unterschiedlichen Größen bzw. Geometrie von Vorteil sein, da sie die Rauhigkeit in einem gewissen Grad kompensieren und eine zuverlässige elektrische Kontaktierung ermöglichen können.
Die Klebeschicht 2 kann aus einem beliebigen Material sein. Besonders für hohe Dehnungen gut geeignet sind Klebstoffe auf Basis von Polyurethanen und Acrylaten. Um die anzustrebende Eigenschaft, nämlich Beibehalten der elektrischen Leitfähigkeit einer Klebeverbindung während einer Dehnung, zu erreichen, sollten die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Dehnfähigkeit des Klebstoffes und der zu verbindenden elektrisch-leitenden Elemente (dehnbaren Elektroden) aufeinander abgestimmt sein. Vorzugsweise können die mechanischen Eigenschaften derart abgestimmt sein, dass sie im Wesentlichen, zumindest hinsichtlich der Dehnung, übereinstimmen.
Im vorliegenden nicht-applizierten Zustand ist die Klebeschicht 2 nicht volumenleitfähig. Die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe 4 liegt innerhalb der Klebeschicht 2 unterhalb der Perkolationsschwelle.
2 zeigt eine schematische (Schnitt-)Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Kontaktierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der sich die Klebeschicht 2 in einem applizierten Zustand befindet. Die Kontaktierungsanordnung umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel neben der bereits beschriebenen Klebeschicht 2 und den darin enthaltenen elektrisch-leitfähigen Füllstoffen 4 eine erste elektrisch-leitfähige Schicht 6 und eine zweite elektrisch-leitfähige Schicht 8.
Zumindest die erste elektrisch-leitfähige Schicht 6 ist dehnbar ausgebildet. Vorzugsweise kann die erste elektrisch-leitfähige Schicht 6 aus Metall oder einer Metalllegierung sein. Die zweite elektrisch-leitfähige Schicht 8 kann bevorzugt ebenfalls dehnbar und aus dem gleichen Material sein. Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung auch andere Materialien eingesetzt werden können sowie die zumindest zwei Schichten aus einem unterschiedlichen Material gebildet sein können.
Zumindest eine der elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 kann als strukturierte bzw. segmentierte Elektrode 6 und 8 gebildet sein. Insbesondere können hierdurch aktive und passive Bereiche geschaffen werden. Durch die Klebeschicht 2 umfassend die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe 4 soll eine elektrische und mechanische Kontaktierung der beiden elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 hergestellt werden.
Wie aus 2 zu erkennen ist, ist die Klebeschicht 2 zwischen den beiden elektrisch-leitfähige Schichten 6 und 8 angeordnet. Insbesondere ist zu erkennen, dass ein Silberpartikel 4 sowohl mit der ersten elektrisch-leitfähigen Schicht 6 als auch mit der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht 8 in Kontakt steht. Dies bewirkt eine elektrische Verbindung von der ersten elektrisch-leitfähigen Schicht 6 über den Silberpartikel 4 zur zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht 8.
Wird die erste elektrisch-leitfähige Schicht 6 in planparalleler Richtung gedehnt, so wird der elektrische und mechanische Kontakt mit der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht 8 aufgrund der speziellen, insbesondere dehnfähigen Klebeschicht 2 aufrechterhalten. Auch bei einer Dehnung in planparalleler Richtung bleiben die Silberpartikel 4 derart zwischen den elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 eingeklemmt, dass stets ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 über die Silberpartikel 4 vorliegt. Insbesondere ist der Durchmesser der kugelförmigen Füllstoffe 4 im Wesentlich gleich oder ein wenig größer (1 % bis 10 % größer) als der Abstand zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 im applizierten Zustand.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die abgebildete Kontaktierungsanordnung ähnelt der Kontaktierungsanordnung aus der 2, so dass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird.
Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel entspricht der Durchmesser eines Füllstoffelements 4.1 nicht im Wesentlichen dem Abstand der beiden elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8. Die Füllstoffe 4.1 bilden Aggregate 10, deren äußerer Durchmesser wiederum gleich oder ein wenig größer (1 % bis 10 % größer) als der Abstand zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 im applizierten Zustand. Die Aggregate 10 werden derart zwischen den elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 eingeklemmt, dass stets ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8.
4 zeigt einen eine Kontaktierungsanordnung, wie sie beispielsweise in Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. Die dargestellte Kontaktierungsanordnung kann beispielsweise Teil eines elektromechanischen Wandlers sein.
Die erste elektrisch-leitfähige Schicht 6 ist als Elektrode 6 eines dehnfähigen Elektroaktiven Polymers (EAP) 12, insbesondere eine EAP-Folie 12, ausgebildet. Die zweite elektrisch-leitfähige Schicht 8 ist (ebenfalls) als Elektrode 8 eines dehnfähigen Elektroaktiven Polymers (EAP) 14, insbesondere eine EAP-Folie 14, ausgebildet. Vorzugsweise kann eine EAP-Folie 12, 14 mit einer dehnfähigen Elektrode 6, 8 beschichtet sein. Wie bereits beschrieben wurde, kann auch bei einer Dehnung der EAP Folien 14 und 16 von 50 % bis 150 % in planparalleler Richtung aufgrund einer mechanischen Kraft oder aufgrund einer anliegenden elektrischen Spannung ein zuverlässiger elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen den elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 gewährleistet werden.
Nachfolgend wird mittels des Ablaufsdiagramms in 5 und den vorherigen Figuren ein beispielhaftes Herstellungsverfahren beschrieben. In einem ersten Schritt 501 wird eine erste elektrisch-leitfähige Schicht 6 und eine zweite elektrisch-leitfähigen Schicht 8 bereitgestellt. Zumindest die erste elektrisch-leitfähige Schicht 6 ist zumindest in der Ebene ihrer Schichterstreckung dehnfähig ausgebildet. Beispielsweise kann es sich bei den elektrisch-leitfähigen Schichten 6 und 8 um Beschichtungen von EAP Folien 12, 14 handeln.
In einem nächsten Schritt 502 wird eine elektrisch-leitfähige Füllstoffe 4, 4.1 enthaltende dehnfähige Klebeschicht 2 auf die erste und/oder die zweite elektrisch-leitfähige Schicht 6, 8 aufgebracht. Die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe 4, 4.1 liegt innerhalb der Klebeschicht 2 unterhalb der Perkolationsschwelle. Beispielsweise kann die Klebeschicht 2 durch Walzen aufgestrichen oder durch eine Sprüheinrichtung aufgesprüht werden. Vorzugsweise kann ein 2K-Polyurethane-Klebstoffformulierungen mit Silberpartikeln 4 aufgebracht werden.
Nach der Aufbringung der Klebeschicht 2 in Schritt 502 kann in Schritt 503 die erste und die zweite elektrisch-leitfähige Schicht 6 und 8 über die Klebeschicht 2 inkontaktgebracht werden, so dass eine dehnfähige elektrisch leitende Klebeverbindung zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht 6 und 8 hergestellt wird. Vorzugweise wird zum Aushärten der Klebeschicht ein Druck bei einer Temperatur von ca. 80 °C ausgeübt. Eine zuverlässige, dauerhafte und gute elektrische und mechanische Verbindung kann hergestellt werden.
Methoden:
Die Bestimmung der Spannungsrelaxation wurde ebenfalls auf der Zugmaschine Zwicki ausgeführt; die Instrumentierung entspricht dabei dem Versuch zur Bestimmung der bleibenden Dehnung. Als Probekörper wurde hierbei eine streifenförmige Probe der Dimension 60 × 10 mm² eingesetzt, die mit einem Klemmenabstand von 50 mm eingespannt wurde. Nach einer sehr schnellen Deformation auf 55 mm wurde diese Deformation für die Dauer von 30 min konstant gehalten und während dieser Zeit der Kraftverlauf bestimmt. Die Spannungsrelaxation nach 30 min ist der prozentuale Abfall der Spannung, bezogen auf den Anfangswert direkt nach der Deformation auf 55 mm.
Ziel der Messung ist es den Flächenwiderstand einer elektrisch leitenden Schicht unter vorgegebener mechanischer Belastung zu untersuchen.
Für die Bestimmung des Widerstandes einer leitfähigen Schicht, ist das Schneidmesser mit der Rechteckform 150 × 15mm² einzusetzen. Die so gestanzte Probe kann halbiert werden, so dass zwei Prüflinge entstehen. Das Kontaktieren der Proben erfolgt indem zwei Streifen Kupferklebeband in einem Abstand von 50 mm voneinander auf dem Prüfling aufgebracht werden. Die Probe wird zwischen beide Klemmen an der Materialprüfmaschine eingespannt. Die Aufzeichnung der Daten erfolgt mittels Multimeter. Hierfür ist die Probe an dem Kupferklebeband zu kontaktieren.
Der Widerstand leitfähiger Schichten wird mit den folgenden Methoden bestimmt: Leitfähigkeit unter Dehnung: In diesem Versuch wird der Kraftverlauf der Probe für eine Zugbelastung bei einer Traversengeschwindigkeit von 50 mm/min bis zu einer Dehnung von 100% aufgezeichnet; der Widerstand der Elektrode wird dabei aufgenommen.
Zyklische Leitfähigkeit unter Dehnung. Die Probe (15 × 50mm²) wird zwischen 5% und 15% Dehnung, bei 0,125 Hz, 1000 Zyklen unterworfen; der Widerstand der Elektrode wird aufgenommen.
Widerstand unter Creep (Spannungsrelaxation) Belastung: Der Creep wird entsprechend obiger Methode gemessen, der Widerstand der Elektrode wird mit aufgenommen.
Beispiele:
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.
Sofern nicht abweichend gekennzeichnet, beziehen sich alle Prozentangaben auf das Gewicht.

Sofern nicht abweichend vermerkt, würden alle analytischen Messungen bei Temperaturen von 23 °C unter Normalbedingungen durchgeführt. Verwendete Substanzen und Abkürzungen:

Desmodur^® N100	Biuret auf Basis von Hexamethylendiisocyanat, NCO-Gehalt 220 ± 0,3 % (nach DIN EN ISO 11 909), Viskosität bei 23 °C 10000 ± 2000 mPa·s, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE
P200H/DS	Polyesterpolyol, Molgewicht 2000g/mol, auf Basis von Hexandiol und Phthalsäureanhydrid, der Fa. Bayer MaterialScience AG
Bayfol^® EA 102	Dielektrische Polyurethanelastomerfolie auf Basis von Desmodur N100 und P200H/DS in 50 µm Schichtdicke der Fa. Bayer MaterialScience AG

Araldite^® 2026, bezogen aus Huntsmann, 2K PUR dehnfähiger Klebstoff
Metalar AA 0005, ca 7 IJm, bezogen aus Metalor

Nachfolgend werden einige experimentelle Ergebnisse vorgestellt:
Beispiel 1:
Herstellung einer dehnfähigen elektrischen Kontaktierung über einen flüssigen Klebstoff Ein flüssiger Klebstoff basierend auf 2 K-Polyurethan Klebstoff (Araldite^® 2026, bezogen aus Huntsmann) und Silberflocken (Metalar AA 0005, ca 7 µm, kugelförmig, bezogen von Metalor) wurden mit einem Gewichtverhältnis von 10 zu 1 (9 Gew,%, entspricht ca 1,0 VoJ.%) in einem Gefäß zusammengegeben und mit Hilfe von einem Speed Mixer unter 3500 U/min für 20 Sekunden gleichmäßig gemischt. Man erhielt auf dieser Weise eine silberfarbige Flüssigkeit, die sowohl vor, während, als auch nach der Aushärtung elektrisch nicht leitend ist. Eine elektrisch leitende Klebverbindungmit einem vergleichbaren Aufbau wie bei Beispiel 1 wurde hergestellt, indem man die wie oben beschrieben erhaltene flüssige Klebstoff auf die EAP-Folien appliziert, wobei die beiden EAP-Folien zunächst mit Hilfe von einem Handroller zusammengefügt und schließlich über einen Laminator bei 80"C laminiert wurden. Als Referenz dient eine baugleiche Klebverbindung nur mit Araldite^® 2026. Die erhaltene Klebverbindung konnte nach 24 Stunden elektrisch-mechanisch untersucht werden. Die Verbindung war bis 70% dehnbar und die Leitfähigkeit war < 10000 Ohm/square. Auch nach 10000 Zyklischen Belastungen bei 0,125 Hz bei 50 +– 20% Dehnung blieb die Verklebung mechanisch stabil und leitfähig. Ein Fließen wurde nicht beobachtet.
Beispiel 2:
Herstellung einer dehnfähigen elektrischen Kontaktierung über einen flüssigen Klebstoff, welcher aus demselben Elastomer wie die Dielektrikumsfolie besteht
Ein flüssiger Klebstoff basierend auf 2 K-Polyurethan Klebstoff (Desmodur N100 und P200H/DS) und Silberffocken (Metalar AA 0005, ca 7 µm, kugelförmig, bezogen von Metalor) wurden mit einem Gewichtverhältnis von 10 zu 1 (9 Gew,%, entspricht ca 1,0 VoJ.%) in einem Gefäß zusammengegeben und mit Hilfe von einem Speed Mixer unter 3500 U/min für 20 Sekunden gleichmäßig gemischt. Man erhielt auf dieser Weise eine silberfarbige Flüssigkeit, die sowohl vor, während, als auch nach der Aushärtung elektrisch nicht leitend ist. Eine elektrisch leitende Klebverbindungmit einem vergleichbaren Aufbau wie bei Beispiel 1 wurde hergestellt, indem man die wie oben beschrieben erhaltene flüssige Klebstoff auf die EAP-Folien appliziert, wobei die beiden EAP-Folien zunächst mit Hilfe von einem Handroller zusammengefügt und schließlich über einen Laminator bei 80"C laminiert wurden. Als Referenz dient eine baugleiche Klebverbindung nur mit Araldite^® 2026. Die erhaltene Klebverbindung konnte nach 24 Stunden elektrisch-mechanisch untersucht werden. Die Verbindung war bis 70% dehnbar und die Leitfähigkeit war < 10000 Ohm/square. Auch nach 10000 Zyklischen Belastungen bei 0,125 Hz bei 50 +– 20% Dehnung blieb die Verklebung mechanisch stabil und leitfähig. Ein Fließen wurde nicht beobachtet.
Die 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines elektromechanischen Wandlers 20 umfassend drei EAP Schichten 12, 14 und 16. Der Wandler 20 umfasst zwei Endelektroden 18, die an dem jeweiligen Ende des Wandlers 20 an der jeweiligen EAP Schicht 12 bzw. 16 angebracht sind. Die erste EAP Schicht 12 weist zudem eine Elektrode 6 auf, welche über die elektrisch-leitfähige Klebeschicht 2 elektrisch und mechanisch mit der Elektrode 8 der zweiten EAP Schicht 14 verbunden ist. Darüber hinaus weist die zweite EAP Schicht 14 eine Elektrode 6 auf, welche über die elektrisch-leitfähige Klebeschicht 2 elektrisch und mechanisch mit der Elektrode 8 der dritten EAP Schicht 16 verbunden ist. Die elektrisch-leitfähige Klebeschicht 2 entspricht insbesondere der in 2 beschriebenen Klebeschicht 2, so dass an dieser Stelle auf obige Beschreibung verwiesen wird.
Durch die elektrische Verbindung über die Klebeschichten 2 weisen die Elektroden 6 und 8 jeweils dasselbe Potential (z.B. + oder –) auf. Wird der elektromechanische Wandler 20 als Aktor betrieben, so kann durch Anlegen einer Spannung an den Elektroden 6, 8 und 18 eine Dehnung der EAP Schichten 12, 14, 16 bewirkt werden. Wird der elektromechanische Wandler 20 als Sensor oder zur Energiegewinnung eingesetzt, kann an den Elektroden 6, 8 und 18 bei einer Krafteinwirkung senkrecht zur Erstreckung der Elektroden 6, 8 und 18 eine Spannungsänderung an den Elektroden 6, 8 und 18 gemessen bzw. eine Spannung an den Elektroden 6, 8 und 18 abgegriffen werden.
Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung der elektromechanische Wandler auch mehr oder weniger EAP Schichten mit einer entsprechend angepassten Zahl an Elektroden aufweisen kann.
Ein wesentlicher Vorteil der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Klebstoffe und des Herstellungsverfahrens liegt darin, dass die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Klebstoffe ganz unabhängig voneinander eingestellt werden können. Zum Beispiel kann die Dehnfähigkeit der Klebeschichten in einem weiten Bereich variiert werden und optimal auf die Substratmaterialien (EAP) abgestimmt werden, ohne (jegliche) negative Auswirkung auf die elektrische Leitfähigkeit der Klebverbindung. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine dehnfähige elektrische Kontaktierung mit wesentlich längerer Lebensdauer und somit erhöhter Betriebszuverlässigkeit und niedrigeren Wartungskosten für die EAP-Vorrichtung, weil im Vergleich zu dem Stand der Technik der mechanische Abrieb auf den Elektrodenoberflächen vernachlässigbar gering ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 11 909 [0069]

Claims

Dehnfähige, elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung umfassend: – eine erste elektrisch-leitfähige Schicht, – eine zweite elektrisch-leitfähige Schicht und – eine elektrisch-leitfähigee Füllstoffe enthaltende dehnfähige Klebeschicht, – wobei zumindest die erste elektrisch-leitfähige Schicht zumindest in der Ebene ihrer Schichterstreckung dehnfähig ausgebildet ist, – wobei die Klebeschicht die erste und die zweite elektrisch-leitfähige Schicht zumindest abschnittweise miteinander verbindet und – wobei die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht unterhalb der Perkolationsschwelle der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe liegt.
Kontaktierungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch-leitfähige Schicht als elektrisch-leitfähige Beschichtung einer dehnfähigen Folie, insbesondere einer dehnfähigen Kunststofffolie, ausgebildet ist.
Kontaktierungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch-leitfähige Schicht als Elektrode eines dehnfähigen Elektroaktiven Polymers (EAP) ausgebildet ist.
Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite elektrisch-leitfähige Schicht jeweils als elektrisch-leitfähige Beschichtung einer Folie, insbesondere einer dehnfähigen Kunststofffolie, speziell eines dehnfähigen Elektroaktiven Polymers (EAP), ausgebildet sind.
Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweiten elektrisch-leitfähige Schicht strukturiert ist, insbesondere in Form von Leiterbahnen.
Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dehnfähige Klebeschicht ein dehnfähiges Bindemittel auf Basis von Polyurethan oder Acrylat enthält.
Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dehnfähige Klebeschicht durch einen elektrisch-leitfähige Füllstoffe enthaltenden Klebstoff gebildet ist.
Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe Metallpartikel, mit einer Metall- oder Metalllegierung beschichtete Metall-, Kunststoff- oder Glaspartikel, Graphit, Ruß und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen umfassen.
Kontaktierungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe vorzugsweise Silberpartikel oder/und Silber-beschichtete Polymer- oder Metall- oder Metalllegierungsmikrokügelchen umfassen.
Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein einzelnes Partikel oder eine Flocke bzw. deren Aggregate in den elektrisch-leitfähigen Füllstoffen eine Größe in der Richtung senkrecht zur Erstreckung der Klebeschicht aufweisen, die der Dicke der Klebeschicht entspricht
Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch-leitfähigen Füllstoffe teilweise annähernd kugelförmig ausgebildet sind.
Kontaktierungsanordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht ≥ 0,01 Vol.-%, insbesondere ≥ 0,03 Vol.-% ist.
Verfahren zur Herstellung einer dehnfähigen, elektrisch leitenden Kontaktierung zwischen zwei elektrisch-leitfähigen Schichten, umfassend folgende Schritte – Bereitstellen einer ersten elektrisch-leitfähigen Schicht und einer zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht, wobei zumindest die erste elektrisch-leitfähige Schicht zumindest in der Ebene ihrer Schichterstreckung dehnfähig ausgebildet ist, – Aufbringen einer elektrisch-leitfähige Füllstoffe enthaltenden dehnfähigen Klebeschicht auf die erste und/oder die zweite elektrisch-leitfähige Schicht, wobei die Volumenkonzentration der elektrisch-leitfähigen Füllstoffe innerhalb der Klebeschicht unterhalb der Perkolationsschwelle liegt und – Inkontaktbringen der ersten und der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht über die Klebeschicht, so dass eine dehnfähige elektrisch leitende Klebeverbindung zwischen der ersten und der zweiten elektrisch-leitfähigen Schicht hergestellt wird.
Elektromechanischer Wandler, insbesondere enthaltend ein elektroaktives Polymer (EAP), umfassend wenigstens eine dehnfähige, elektrisch leitende Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.