DE102019123877B4

DE102019123877B4 - Dielektrische Vorrichtung mit einer Elektrode mit nicht-planaren Strukturierungen

Info

Publication number: DE102019123877B4
Application number: DE102019123877.3A
Authority: DE
Inventors: Sascha Türke; Thomas Mechelhoff; Anne Risthaus; Uwe Steinkamp; Daniel Lipp; Andreas Windhaus; Urs Hunziker; Karl Rametsteiner
Original assignee: CRRC New Material Technologies GmbH
Current assignee: CRRC New Material Technologies GmbH
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: DE102019123877A1

Abstract

Eine dielektrische Vorrichtung (100), welche ein dielektrischer Elastomer-Aktor und/oder ein dielektrischer Elastomer-Sensor ist, welche aufweist:eine erste Elektrode (110), wobei die Elektrode (110) einen funktionellen Bereich (112) aufweist;wobei der funktionelle Bereich (112) ein leitfähiges einheitliches Metall aufweist;wobei der funktionelle Bereich (112) entlang zweier Haupterstreckungsrichtungen (x, y) ausgebildet ist und eine Bereichsebene (E) aufspannt; undwobei der funktionelle Bereich (112) eine Mehrzahl von Strukturierungen (115) in einer Höhenrichtung (z) aufweist, welche senkrecht zu den zwei Haupterstreckungsrichtungen (x, y) orientiert ist, wobei die Strukturierungen (115) das einheitliche leitfähige Metall aufweisen, und wobei die Mehrzahl von Strukturierungen (112) der Elektrode (110) zumindest teilweise elastisch verformbar sind;eine zweite Elektrode (120), welche gegenüber der ersten Elektrode (110) angeordnet ist; undein Dielektrikum (130), welches zwischen der ersten Elektrode (110) und der zweiten Elektrode (120) angeordnet ist,wobei das Dielektrikum (130) ein elastisches Dielektrikum ist;wobei zumindest die erste Elektrode (110) konfiguriert ist, um im Betrieb der Vorrichtung (100) zumindest teilweise elastisch verformbar zu sein;wobei die dielektrische Vorrichtung (100) derart konfiguriert ist, dass im Betrieb der Vorrichtung (100), bei einer Kompression des Dielektrikums (130) durch die erste Elektrode (110) und die zweite Elektrode (120), Material des komprimierten Dielektrikums (130) zumindest teilweise in die Strukturierungen (115) gedrückt wird,wobei die Mehrzahl von Strukturierungen (115) hierbei zumindest teilweise elastisch verformt wird,wobei ein Zwischenraum (125) zwischen dem funktionellen Bereich (112) der ersten Elektrode (110) und dem Dielektrikum (130) zumindest teilweise mit Fluid, insbesondere Luft, gefüllt ist, undwobei die dielektrische Vorrichtung (100) derart konfiguriert ist, dass im Betrieb der Vorrichtung (100), bei einer Kompression des Dielektrikums (130) durch die erste Elektrode (110) und die zweite Elektrode (120), das Fluid zumindest teilweise aus dem Zwischenraum (125) gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine dielektrische Vorrichtung (insbesondere einen dielektrischen Aktor und/oder einen dielektrischen Sensor), welche eine Elektrode aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dielektrischen Aktors und/oder eines dielektrischen Sensors.
Die Erfindung kann sich somit auf das technische Gebiet von dielektrischen Vorrichtungen beziehen. Insbesondere kann sich die Erfindung auf das technische Gebiet der dielektrischen Aktoren und/oder dielektrischen Sensoren beziehen.
Eine dielektrische Vorrichtung, wie z.B. ein dielektrischer Aktor (DEA), ein dielektrischer Sensor (DES) oder eine Mischform (DEAS), ist im Prinzip wie ein nachgiebiger elektrostatischer Kondensator aufgebaut. Eine passive Elastomerschicht (bzw. eine Polymerschicht) wird zwischen zwei Elektrodenplatten eingeklemmt. Wenn eine elektrische Spannung U angelegt wird (also im Betriebsmodus), ziehen sich die gegenüberliegenden Elektrodenplatten aufgrund des elektrostatischen Druckes (p,₁) an. Die inkompressible Elastomerschicht wird dann in Höhenrichtung zusammengedrückt und dehnt sich in seitlicher Richtung aus (Flächendehnung). Der elektrostatische Druck, welcher die Deformation verursacht, wird von der Dielektrizitätskonstante, der Dielektrizitätszahl, und der Dicke des Materials sowie der angelegten Spannung bestimmt.
Der im Betriebsmodus auftretende äquivalente elektromechanische Druck p_eq ist doppelt so groß wie der elektrostatische Druck p_el und lässt sich berechnen als: p_eq = ε₀*ε_r*(U²/z²), wobei ε₀ die Permittivität des Vakuums, ε_r die Dielektrizitätskonstante, und z die Schichtdicke der Elastomerschicht ist.
Die Bewegung wird also durch die elektrostatischen Kräfte, welche auf die Elastomerschicht zwischen zwei Elektrodenplatten wirken, erzeugt. In einem Beispiel erreicht ein dielektrischer Aktor bei einer Feldstärke von 30 V/µm eine Dehnung von bis zu 20 %. Übliche unidirektionale Dehnungen von dielektrischen Aktoren liegen z.B. in dem Bereich 10 bis 35 %, Maximalwerte bei bis zu 300 %.
Da die Elastomerschicht nahezu inkompressibel ist, bleibt das Volumen während der Deformation im Prinzip konstant. Beim Reduzieren der Spannung fließen die überschüssigen Ladungen über die Spannungsquelle ab, so dass die Elastomerschicht in die ursprüngliche Form zurückkehrt und aufgrund der gespeicherten elastischen Energie Kräfte ausüben kann.
Dieses Prinzip kann sowohl als Aktor als auch als Sensor genutzt werden und bietet eine Mehrzahl von vielversprechenden technischen Anwendungsmöglichkeiten. Besondere Vorteile dieser dielektrischen Vorrichtungen können sein, dass diese leicht, flexibel und geräuschlos sein können und zudem niedrige Materialkosten verursachen. Allerdings stehen diesen vorteilhaften Anwendungsmöglichkeiten derzeit noch ungelöste fertigungs- und zuverlässigkeitsrelevante Fragestellungen entgegen.
Bezüglich der Elektrodenplatten kann generell eine gewisse Nachgiebigkeit vorteilhaft sein, insbesondere um die Flächendehnung nicht zu behindern. Zur Herstellung von Elektrodenplatten von dielektrischen Vorrichtungen werden daher im Stand der Technik elastische Elektroden vorgeschlagen, welche auf dem Partikelkontakt von Metallen oder Halbleitern basieren. Die Nachgiebigkeit wird also erreicht, indem anstelle von einem massiven Metall (Vollmetall) Metallpartikel verwendet werden, welche lediglich über den Partikelkontakt (partielle Berührung) verbunden sind. Hierbei wird jedoch die elektrische Leitfähigkeit reduziert, denn ein Vollmetall (bzw. ein Sintermetall) ist ein deutlich besserer elektrischer Leiter als ein Konglomerat von teilweise verbundenen Metallpartikeln. Konventionell werden die Metallpartikel zur Stabilisierung zusätzlich noch in ein Elastomer eingebettet, was jedoch zu einer schnellen Alterung des Materials führt. Dies deswegen, weil solche Systeme heterogene physikalische Strukturen darstellen, welche bei mechanischen Bewegungen leicht delaminieren können und ein Eindringen von Fremdstoffen und Feuchtigkeit ermöglichen. Wenn die Elektrode mit Halbleitern aufgebaut wird, kann zusätzlich, bei dynamischen Anwendungen, eine hohe Eigenerwärmung stattfinden, welche dadurch einen erhöhten Widerstand erzeugt.
DE 10 2014 118 222 A1 beschreibt eine Elektrodenfolie für einen Elektrolytkondensator (Elko). Ein solcher Kondensator weist gewöhnlich eine strukturierte Metallschicht (z.B. Aluminium) als Anode auf, deren Oberfläche oxidiert wird (z.B. zu Aluminiumoxid), wobei die Oxidschicht dann das Dielektrikum darstellt. Ein flüssiger Elektrolyt wird in die Strukturierungen eingebracht, um eine Kathode auszubilden.
DE 10 2010 049 301 A1 beschreibt einen elektroaktiven Elastomerwandler. Um das dynamische Ansprechverhalten zu verbessern wird das Vorsehen von Löchern oder konkaver Mulden in den Elektrodenkörpern vorgeschlagen.
DE 30 00 777 A1 beschreibt die Herstellung eines Kondensators mit elektrischer Doppelschicht. Eine dünne Aluminiummetallplatte wird derart bearbeitet, dass sie eine Anzahl von Schlitzen aufweist, und wird danach gedehnt, so dass ein Metallnetz (Öffnungsdichte 40-60%) vorliegt (bzw. ein Streckmetall).
DE 602 24 844 T2 beschreibt ein Herstellungsverfahren für ein dielektrisches Betätigungsglied oder eine Sensorstruktur. Zunächst wird eine Form aus Metall vorgesehen, in welcher Rippel und Rillen als Mikrostrukturen bereitgestellt werden, z.B. mittels Photolithographie. Eine Elastomer- (insbesondere Silikonkautschuk) Masse wird auf die Form gegossen und ausgehärtet. Die Form wird entfernt und eine Elektrodenschicht wird auf den Mikrostrukturen angebracht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode für eine dielektrische Vorrichtung bereitzustellen, welche Elektrode in vorteilhafter Weise eine hohe Elastizität mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit verbindet.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine dielektrische Vorrichtung beschrieben, welche ein dielektrischer Elastomer-Aktor und/oder ein dielektrischer Elastomer-Sensor ist. Die Vorrichtung weist auf:

i) eine erste Elektrode, wobei die Elektrode einen funktionellen Bereich aufweist; wobei der funktionelle Bereich ein leitfähiges einheitliches Metall aufweist; wobei der funktionelle Bereich entlang zweier Haupterstreckungsrichtungen (x, y) ausgebildet ist und eine Bereichsebene (E) aufspannt; und wobei der funktionelle Bereich eine Mehrzahl von Strukturierungen in einer Höhenrichtung (z) aufweist, welche senkrecht zu den zwei Haupterstreckungsrichtungen (x, y) orientiert ist, wobei die Strukturierungen das einheitliche leitfähige Metall aufweisen, und wobei die Mehrzahl von Strukturierungen der Elektrode zumindest teilweise elastisch verformbar sind;
ii) eine zweite Elektrode, welche gegenüber der ersten Elektrode angeordnet ist; und
iii) ein Dielektrikum, welches zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei das Dielektrikum ein elastisches Dielektrikum ist; wobei zumindest die erste Elektrode konfiguriert ist, um im Betrieb der Vorrichtung zumindest teilweise elastisch verformbar zu sein; wobei die dielektrische Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass im Betrieb der Vorrichtung, bei einer Kompression des Dielektrikums durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode, Material des komprimierten Dielektrikums zumindest teilweise in die Strukturierungen gedrückt wird, wobei die Mehrzahl von Strukturierungen hierbei zumindest teilweise elastisch verformt wird, wobei ein Zwischenraum zwischen dem funktionellen Bereich der ersten Elektrode und dem Dielektrikum zumindest teilweise mit Fluid, insbesondere Luft, gefüllt ist, und wobei die dielektrische Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass im Betrieb der Vorrichtung, bei einer Kompression des Dielektrikums durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode, das Fluid zumindest teilweise aus dem Zwischenraum gedrückt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren beschrieben zum Herstellen der dielektrischen Vorrichtung wie oben beschrieben. Das Verfahren weist auf: i) Bereitstellen eines (insbesondere elastischen) Dielektrikums, ii) Strukturieren zumindest eines Teils einer Oberfläche des Dielektrikums, und iii) Aufbringen einer Metallschicht auf den strukturierten Teil der Oberfläche des Dielektrikums, so dass die oben beschriebene dielektrische Vorrichtung bereitgestellt wird.
Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „dielektrischer Aktor (DEA)“ insbesondere ein Aktor verstanden werden, welcher aus zwei Elektroden und einer dazwischenliegenden feder- oder elastizitätsbasierenden dielektrischen Distanzhaltung, insbesondere aus Elastomermaterial, besteht. Die aktorische Wirkung wird durch das Wechselspiel der Federkräfte zwischen den Elektroden(platten) einerseits und der Coulombschen Anziehung zwischen den Elektroden andererseits verstanden.
Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „dielektrischer Sensor (DES)“ insbesondere ein Sensor verstanden werden, welcher aus zwei Elektroden und einer dazwischenliegenden feder- oder elastizitätsbasierenden dielektrischen Distanzhaltung, insbesondere aus Elastomermaterial, besteht. Die sensorische Messgrösse wird aus der durch den Elektrodenabstand bestimmten Kapazität, bzw. durch die bei Distanzänderungen des Elektrodenabstandes entstehende Kapazitätsveränderung gewonnen.
Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „dielektrischer Aktor und Sensor (DEAS)“ insbesondere eine Kombination der Prinzipien von DEA und DES in einem System verstanden werden. Merkmale, welcher für einen DEA gelten, können auch für einen DES gelten und umgekehrt.
Im Rahmen dieses Dokuments kann das beschriebene Koordinatensystem so verstanden werden, dass die Richtungen x und y (als Haupterstreckungsrichtungen) die Fläche einer Elektrode aufspannen und die Höhenrichtung z hierzu entlang der Distanzrichtung von zwei einander gegenüberliegenden (parallel ausgerichteten) Elektroden ausgerichtet ist. In einem Ausführungsbeispiel hinsichtlich eines Herstellungsprozesses kann x der Breite (cross-direction (CD) bei einer reel-to-reel Produktion) und y der Verarbeitungsrichtung (machine direction (MD) bei einer reel-to-reel Produktion) entsprechen.
Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „Elektrode“ insbesondere ein Elektronenleiter verstanden werden, der mit einer Gegenelektrode (dann als Anode und Kathode bezeichnet, bzw. als ein Pluspol und ein Minuspol) via einem zwischen den beiden Elektroden befindlichen (dielektrischen) Medium in Wechselwirkung steht. Auf diese Weise kann ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt werden. Eine Elektrode kann hierbei einen „funktionellen (aktiven) Bereich“ aufweisen oder auch vollständig aus dem funktionellen Bereich bestehen. Der funktionelle Bereich ist elektrisch leitfähig (insbesondere ein Metall aufweisend) und kann damit den aktiven Teil der Elektrode bilden, welcher elektrisch mit der Gegenelektrode in Wechselwirkung tritt. Ferner kann eine Elektrode einen elektrisch nicht leitfähigen Bereich, z.B. ein Trägermaterial, aufweisen, auf welchen der funktionelle Bereich (z.B. als Metallfolie) aufgebracht ist. Weiterhin kann eine Elektrode einen (elektrisch leitfähigen) Kontaktbereich aufweisen, an welchem die Elektrode kontaktiert werden kann, bzw. an welchem eine Spannung angelegt werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Metall der Elektrode (bzw. des funktionellen Bereiches) zumindest eines aus der Gruppe, welche besteht aus: Ag, Al, Au, Be, Cr, Cu, Fe, In, Mg, Mo, Ni, Pb, Pd, Pt, Rh, Sb, Sn, Ti, Zn, sowie Legierungen daraus. Legierungsbestandteile unter 2% Gewichtsanteil können auch aus weiteren Metallen bestehen (z.B. Si, As, etc.). Legierungen können zum Beispiel umfassen: Eisenlegierung, Messing, Bronze, Edelstahl, Aluminium, etc. Um z.B. Unverträglichkeiten (beispielsweise Kupfer auf Polymer) zu vermeiden, sind auch Metall-Mehrschichtaufbauten möglich.
Im Rahmen dieses Dokuments kann der Begriff „Dielektrikum“ insbesondere jedes Material (bzw. Substanz) bezeichnen, in welchem Ladungsträger im Wesentlichen nicht frei beweglich sind. Dadurch ergibt sich eine elektrisch schwach leitende bis nicht leitende Eigenschaft. Ein Dielektrikum kann z.B. ein Polymer, insbesondere ein Elastomer, sein. Ein Dielektrikum kann kein Metall sein. Bezüglich einer dielektrischen Vorrichtung kann das Dielektrikum ein elastisches Dielektrikum, z.B. ein dielektrisches Polymer (DE) sein. Dielektrische Polymere werden zusammen mit piezoelektrischen Polymeren und elektrostriktiven Polymeren auch als elektroaktive Polymere (EAP) bezeichnet.
Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „Strukturierungen“ insbesondere jegliche Struktur einer Elektrode verstanden werden, welche nicht planar mit der Fläche (z.B. bei einer Platten-förmigen Elektrode) der Elektrode ist. In anderen Worten ist die Struktur in einer Höhenrichtung (z) orientiert, welche senkrecht zu den zwei Haupterstreckungsrichtungen (x, y) der Elektrode(nfläche) ist. Durch diesen Aufbau weisen die Strukturierungen das elektrisch leitfähige Metall der Elektrode (bzw. des funktionellen Bereiches) auf bzw. bestehen daraus. Beispiele für solche Strukturen sind unter anderem Ausbuchtungen, insbesondere solche, welche keine scharfen Kanten aufweisen. Strukturierungen können auch Erhebungen sein, welche z.B. gebildet werden indem ein geschlitztes Metall gestreckt wird (Streckmetall).
Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „Metall“ ein Material verstanden werden, in welchem der Zusammenhalt der Atome mittels einer metallischen Bindung erfolgt. Eine Metallbindung kann gekennzeichnet sein durch das Auftreten von frei beweglichen (delokalisierten) Elektronen in einer Gitterstruktur. Die frei beweglichen Elektronen (insbesondere Valenzelektronen) sind hierbei innerhalb der Metallbindung nicht einem bestimmten Atom (bzw. Metallion) zuzuordnen, sondern liegen im Verbund als Elektronenwolke/gas vor. Eine Metallbindung im Metallgitter kann unter anderem für die makroskopischen Eigenschaften i) hohe elektrische Leitfähigkeit, ii) metallischer Glanz, und iii) Duktilität verantwortlich sein. Der Begriff „Metall“ kann auch eine Metall-Legierung umfassen. Der Begriff „Metall“ kann vorzugsweise ein Material umfassen, indem (im Wesentlichen) alle Atome mittels Metallbindung verbunden sind. Insbesondere bezeichnet der Begriff „Metall“ ein Vollmetall oder ein Sintermetall (hergestellt durch einen Sinterprozess, z.B. aus Metallpulver), welche sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit auszeichnen können. Die Begriffe „Vollmetall“ und „Sintermetall“ bezeichnen eine einheitliche (bezogen auf das Volumen ganzheitliche) Ausgestaltung eines Materials als Metall (bzw. Metall-Legierung) oder ein reines Metall. Ein Material, welches lediglich Metallpartikel aufweist, welche z.B. durch eine Polymermatrix verbunden sind, ist somit gerade kein Vollmetall bzw. Sintermetall.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung auf der Idee basieren, dass eine Elektrode, welche auf besonders effiziente Weise zugleich elastisch und elektrisch stark leitfähig ist, für eine dielektrische Vorrichtung bereitgestellt werden kann, wenn die Elektrode (bzw. zumindest der funktionelle Bereich der Elektrode) aus einem leitfähigen Metall (also einem einheitlichen Metall-Material, insbesondere Vollmetall oder Sintermetall) hergestellt ist, welches nicht-planare Strukturierungen (insbesondere Ausbuchtungen) aufweist. Während der Stand der Technik zum Bereitstellen von (pseudo) elastischen Elektroden lediglich solche lehrt, welche über Metallpartikel-Kontakte leitfähig sind, wird nun ein überraschendes neues Prinzip zur Realisierung einer elastischen Elektrode für eine dielektrische Vorrichtung beschrieben, welche statt Partikelkontakt ein einheitliches und damit elektrisch sehr leitfähiges Metall (zumindest im funktionellen Bereich) verwendet. Die Elastizität wird hierbei durch Strukturierungen in dem leitfähigen Metall erreicht, welche nicht-planar zu der Fläche der Elektrode sind. Dadurch werden die bisherigen Massnahmen zum Bereitstellen einer Leitfähigkeit und Elastizität, welche nur auf Partikelkontakt basieren, deutlich verbessert. Dies insbesondere in Bezug auf Leitfähigkeit, Linearität, Langzeitverhalten, und Alterung.
In einem Ausführungsbeispiel wirkt eine elastische Elektrode ausgleichend, so dass sich ungünstige mechanische Konstellationen (z.B. dünne scharfe Abwinklungen) nicht zu Sollbruchstellen entwickeln. Insbesondere kann ein enger Zusammenhalt/Kontakt zwischen der Elektrode und einem elastischen Dielektrikum (einer dielektrischen Vorrichtung) dafür sorgen, dass betriebsbedingte Verformungen in der Elektrode auch langfristig im elastischen Bereich bleiben und nicht plastische Verformungen oder gar Brüche entstehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel macht sich die erfindungsgemässe Lösung eine grundlegende Funktionsweise von dielektrischen Vorrichtungen zu Nutze: im Gegensatz zu bekannten elastischen Leitern (z.B. Kupfer- oder Silberpartikeln in einem Elastomer eingebettet), bei welchen weder ein vorbekanntes Bewegungs-, noch ein definiertes Kräftesystem einwirkt, ist bei dielektrischen Vorrichtungen sowohl die Richtung der Bewegung, als auch deren Umfang systembedingt bekannt. Insbesondere ist das zwischen den Elektroden vorhandene (elastische) Dielektrikum im Wesentlichen inkompressibel und deshalb ist auch der Verlauf der Kräfte als auch der Teilvolumina-Verschiebung im Betrieb der dielektrischen Vorrichtung bekannt bzw. planbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können nun folgende Vorteile erreicht werden: i) die Elektrode weist ein (einheitliches) Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit auf, ii) die nicht-planaren Strukturierungen sind elastisch und können durch das (elastische) Dielektrikum zusammengedrückt werden (und damit das Verdrängungsvolumen des Dielektrikums kompensieren), und iii) die aus einem Zusammendrücken der Elektrode resultierende Verformung in den Haupterstreckungsrichtungen (der Elektrodenfläche) gehen mit den Bewegungsprozessen des Dielektrikums einher.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat der funktionelle Bereich eine durchschnittliche Dicke von 50 µm oder weniger, insbesondere 8 µm oder weniger, weiter insbesondere 100 nm oder weniger. Eine entsprechend geringe Dicke hat den Vorteil, dass eine besonders erwünschte Elastizität erreicht werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht der funktionelle Bereich aus einem Streckmetall. Insbesondere sind die Mehrzahl von Strukturierungen im Wesentlichen durch ein Pressverfahren oder ein Tiefziehverfahren erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass mit geringen Aufwendungen ein günstiges Material als Basis für eine elastische und zugleich stark leitfähige Elektrode verwendet werden kann.
Der Begriff Streckmetall bzw. Streckgitter kann einen Metallwerkstoff bezeichnen, welcher Öffnungen in der Oberfläche aufweist. Diese Öffnungen können z.B. durch (versetzte) Schnitte (ohne Materialverlust) unter gleichzeitig streckender Verformung bereitgestellt werden. Die Öffnungen sind also prinzipiell lediglich durch Einschneiden und Strecken erzeugt. Beispiele für Öffnungsformen können sein: Raute, Langsteg, Sechseck, Rund, Quadrat, Sondermasche.
Durch besondere Streckverfahren kann es ermöglicht sein Streckmetalle bereitzustellen, welche auch aus einer planaren Ebene zu einer (selbstorganisierenden) Strukturierung im 3D-Raum (und damit in Höhenrichtung) führen.
In einem Beispiel werden in ein Metallblech (bzw. eine Metallfolie) Schlitze geschnitten und das Metallblech wird daraufhin gestreckt, so dass eine Ausweichbewegung in der dritten Dimension (Höhenrichtung) erfolgt. Dieser Prozess kann im mikroskalinen Bereich durchgeführt werden, wobei dann mit einer besonders dünnen Folie (z.B. 20 µm Aluminium, Edelstahl...) begonnen wird, in welche z.B. mittels Laser oder durch andere Schneidprozesse ebenfalls Schlitze bereitgestellt werden. Ein nachfolgender Steckprozess kann z.B. zu Öffnungen im Bereich von unter 0,5 mm in der Streckmetallfolie führen. Insbesondere können Metallfolien mit Dicken unter 50 µm besonders vorteilhaft sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weichen die Mehrzahl von Strukturierungen 0,5 µm oder mehr (insbesondere 3 µm oder mehr, weiter insbesondere 10 µm oder mehr) von der Bereichsebene (E) ab. Dies kann den Vorteil haben, dass eine besonders elastische Elektrode bereitgestellt werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel hat sich der folgende Zusammenhang gezeigt: je grösser die Strukturierung in Höhenrichtung (im Verhältnis zur Elektrodenmaterialdicke) ist, bzw. je weiter sich die Strukturierung aus der planaren Ebene heraus erstreckt, desto einfacher kann die Elektrode (bzw. der funktionelle Bereich) elastisch verformbar sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Mehrzahl von Strukturierungen derart in die Höhenrichtung (z), dass zumindest eine Höhenerstreckung 10 % oder mehr (insbesondere 60 % oder mehr, weiter insbesondere 200 % oder mehr) von der Dicke des funktionellen, insbesondere elektrisch leitenden Bereichs ist. Dies kann ebenfalls den Vorteil haben, dass eine besonders elastische Elektrode bereitgestellt werden kann, denn es wird ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Höhe der Strukturierung und Dicke des funktionellen, insbesondere elektrisch leitenden Bereichs erreicht.
Vorteilhafte Ergebnisse werden in einem Beispiel erzielt, wenn die erwähnten Abweichungen in Höhenrichtung (bildlich gesprochen vergleichbar mit der Welligkeit eines Eierkartons) besonders hoch im Vergleich zu der Dicke des funktionellen Bereichs der Elektrode sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Elektrode ein (insbesondere isolierendes) Trägermaterial (insbesondere ein Polymer oder ein Gewebe), z.B. eine Trägerfolie, auf. Hierbei kann der funktionelle Bereich eine metallische Beschichtung des Trägermaterials sein. Dies kann den Vorteil haben, dass die Elektrode flexibel und/oder stabil aufgebaut werden kann (z.B. mehrschichtig).
In einem Ausführungsbeispiel wird zum Herstellen der Elektrode eine metallische (leitfähige) Beschichtung auf ein Trägermaterial aufgebracht. Das Trägermaterial kann z.B. ein isolierendes Gewebe und/oder ein Vlies sein. Dabei kann die Beschichtungsdicke kleiner oder sehr viel kleiner als die Dicke des isolierenden Trägermaterials sein. Die Strukturierungen (z.B. als Öffnungen, Bewegungszonen, Verdrängungsraum) können durch einen inhärenten konstruktiven Aufbau des Trägermaterials gegeben sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Elektrode aus einem leitfähigen Vlies und/oder Gewebe und/oder einer metallischen Membrane, welche mit einem Isolator beschichtet oder zumindest in direktem Kontakt mit dem Isolator ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Elektrode einen mehrschichtigen Aufbau auf. Beispielsweise kann dieser schichtweise Aufbau aus verschiedenen Materialien, insbesondere aus verschiedenen Metallen, bestehen. Elektrisch isolierendes Trägermaterial kann innerhalb der dielektrischen Vorrichtung über eine Überbrückungsstruktur mechanisch oder elektrisch überbrückt werden, um den funktionellen Bereich zu kontaktieren.
Das Trägermaterial kann vorteilhaft besonders stabil sein, um als Basisplattform den Metallbereich (funktioneller Bereich) effizient zu tragen. In einem Beispiel kann die gesamte Elektrode z.B. eine Dicke um 50 µm aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Elektrode als eine metallisierte Polyesterfolie, insbesondere als ein Steinerfilm (Kondensatorfolien der Firma Steiner GmbH, D-57339 Erndtebrück, z.B. Steinerfilm T), ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Metall ein Vollmetall oder ein Sintermetall. Dies kann den Vorteil haben, dass ein einheitliches Metall-Material (im Wesentlichen nur Metallbindungen) mit hoher elektrischer Leitfähigkeit bereitgestellt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Metall der Elektrode (bzw. des funktionellen Bereiches) zumindest eines aus der Gruppe, welche besteht aus: Ag, Al, Au, Be, Cr, Cu, Fe, In, Mg, Mo, Ni, Pb, Pd, Pt, Rh, Sb, Sn, Ti, Zn, sowie Legierungen daraus. Legierungsbestandteile unter 2% Gewichtsanteil können auch aus weiteren Metallen bestehen (z.B. Si, As, etc.). Legierungen können zum Beispiel umfassen: Eisenlegierung, Messing, Bronze, Edelstahl, Aluminium, etc. Um z.B. Unverträglichkeiten (beispielsweise Kupfer auf Polymer) zu vermeiden, sind auch Metall-Mehrschichtaufbauten möglich. Insbesondere weist der funktionelle Bereich zumindest 10 % Masseanteil von einem der genannten Metalle auf. Eines oder mehr dieser Metalle können mittels eines Beschichtungs- (coating) Verfahrens aufgebracht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Elektrode einen ersten Bereich mit einer ersten Dicke und einen zweiten Bereich mit einer zweiten Dicke auf. Hierbei ist die erste Dicke größer ist als die zweite Dicke. Insbesondere ist der erste Bereich konfiguriert, im Betrieb eine höhere Strombelastung aufzuweisen als der zweite Bereich. Dies kann den Vorteil ergeben, dass die Elektrode flexibel und robust einsatzfähig ist.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Strukturierung der Elektrode derart ausgeführt, dass Bereiche mit höherer Strombelastung (z.B. durch Lade-/Endlade-Vorgänge im dynamischen Betrieb) mit einer dickeren metallischen Schicht versehen werden. Dies kann auch unregelmässig oder partiell erfolgen. Dafür eignen sich z.B. Plasma-Coating und Metalldampfverfahren. Des Weiteren kann eine solche Elektrode flächig strukturiert und/oder partiell aufgebracht werden. Dafür eignen sich z.B. mikroskaliner Siebdruck oder das Bedecken eines mit PVD zu beschichtenden Dielektrikums mit einer Freihaltematrix (Schablone).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Elektrode (insbesondere die Mehrzahl von Strukturierungen) zumindest teilweise verformbar. Dies kann den Vorteil haben, dass die Elektrode besonders elastisch ist und Bewegungen des unter Druck stehenden Dielektrikums effizient ausgleichen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Strukturierungen als Ausbuchtungen (insbesondere abgerundete Ausbuchtungen im Wesentlichen ohne scharfe Kanten) ausgebildet. Dies kann den Vorteil bieten, dass ein besonders geeigneter Zwischenraum zum Aufnehmen des unter Druck stehenden Dielektrikums bereitgestellt ist, insbesondere wobei unerwünschte elektrische Effekte vermieden werden.
Die (insbesondere abgerundeten) Ausbuchtungen weisen keine Spitzen und scharfen Kanten auf, welche prädestinierte Punkte wären für eine Entladung wie einer mikroskalinen (Corona) Entladung (z.B. „Elmsfeuer“).
In einem Ausführungsbeispiel wird eine metallisierte Polyesterfolie (z.B. ein Steinerfilm) derart verformt, dass sich ein schachbrettartiges Muster ergibt. Die weissen Felder bilden eine elliptische Form in einer ersten Höhenrichtung (z+) und die schwarzen Felder bilden eine elliptische Form in einer zweiten gegenüberliegenden Höhenrichtung (z-). Mit anderen Worten wird eine Eierkarton-ähnliche Form auf mikroskaliner Ebene bereitgestellt. Dadurch können sich verformbare Ausbuchtungen herstellen lassen, welche keine scharfen Kanten mehr aufweisen. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Variante kann die Steifigkeit der Polyesterfolie in den Haupterstreckungsrichtungen sein, was wiederum die Herstellungsgenauigkeit und Betriebsgenauigkeit verbessern kann.
Die beschriebenen Ausbuchtungen können zudem folgende Vorteile aufweisen: i) Verformbarkeit (Zusammendrückbarkeit in senkrechter (z) Richtung), ii) keine scharfen Kanten (Verhindern von Spannungsüberschlägen oder Corona-Effekten), iii) Bereitstellen von Hohlräumen, damit ein (nicht haftendes) Dielektrikum darin seine Verdrängungsmasse zwischenspeichern kann und nicht in die horizontale Ebene verdrängen muss.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Ausbuchtungen im Wesentlichen frei von Perforationen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Ausbuchtungen zumindest teilweise perforiert. Insbesondere weisen die Ausbuchtungen eines aus der Gruppe auf, welche besteht aus: Öffnungen, Schlitze, Aussparungen. Dies kann den Vorteil haben, dass die Elektrode flexibel auf bestimmte Betriebsbedingungen angepasst werden kann.
Die Ausbuchtungen können vollflächig (frei von Perforationen) sein. Jedoch können die Ausbuchtungen auch nicht vollflächig ausgebildet sein, so dass Öffnungen, Schlitze oder Aussparungen (Perforationen) vorhanden sind. Diese Perforationen können zusätzlichen Verdrängungsraum für das Dielektrikum bieten. Weiterhin können die Perforationen auch zur gezielten Steuerung der Elastizität der Elektrode verwendet werden. Ferner können die Perforationen zu einem gezielten Verdrängen von Fluid (z.B. Luft) aus den Hohlräumen (z.B. von den Ausbuchtungen) genutzt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der dielektrischen Vorrichtung ist zumindest eine der Elektroden konfiguriert, um im Betrieb der Vorrichtung zumindest teilweise verformbar zu sein. Die Verformung kann vor allem darauf basieren, dass eine Änderung der mittleren Höhe in Höhenrichtung (z) mit Masseänderungen in der horizontalen (x, y) Ebene einher geht und umgekehrt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die dielektrische Vorrichtung derart konfiguriert, dass im Betrieb der Vorrichtung, bei einer Kompression des Dielektrikums durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode, Material des komprimierten Dielektrikums zumindest teilweise in die Strukturierungen gedrückt wird. Insbesondere wird hierbei die Mehrzahl von Strukturierungen zumindest teilweise verformt. Dadurch kann eine besonders effiziente Flächendehnung des Dielektrikums ermöglicht werden, so dass die dielektrische Vorrichtung besonders vorteilhaft betreibbar ist.
Die Elektrode (bzw. der funktionelle Bereich) kann mittels der Strukturierungen (insbesondere Ausbuchtungen) ein temporäres Depot (Hohlräume) bilden, welches das überschüssige Material des elastischen Dielektrikums bei Inbetriebnahme der dielektrischen Vorrichtung aufnehmen kann. Insbesondere kann sich eine sehr dünn auf einem strukturierten Dielektrikum aufgebrachte Elektrode mit diesem zusammen in die vorgesehenen Ausweichdepots hineinbetten. Wenn z.B. eine Strukturierung ein Hohlraumvolumen von 5 % bis 20 % des Dielektrikum-Volumens ausmacht, kann sich die verdrängte Masse im Betriebszustand (aktivierten Zustands) der dielektrischen Vorrichtung in genau diese Hohlräume hineindrängen (auch inklusive Elektrodenmaterial).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Zwischenraum zwischen dem funktionellen Bereich der Elektrode und dem Dielektrikum zumindest annährend frei von Fluid (insbesondere Luft). Dies kann den Vorteil haben, dass unerwünschte Effekte (insbesondere Entladungen), welche durch Lufthohlräume befördert werden, vermieden werden können.
Der Kontakt der Elektrode mit dem Dielektrikum (Elastomer) ist in einem Beispiel nur lose, was sowohl die Präzision der möglichen Bewegungen nicht steuert, als auch einen bevorzugten Ort für Luftdurchschläge bildet. Lufthohlräume in der Grösse von mehreren Mikrometern können Orte bevorzugter Entladung sein und damit verbunden sein mit Materialerosion oder Karbonisierung des Dielektrikums (und dadurch Verlust der Isolationswirkung). Diese Nachteile können dadurch überwunden werden, dass der Zwischenraum frei von Luft gehalten wird.
In einem Ausführungsbeispiel kann Fluid (Luft) zwischen einem elastischen Dielektrikum und der Elektrode durch direktes Abscheiden/Bedampfen (coating) des Elektrodenmaterials auf dem elastischen Dielektrikum vermieden werden. Dadurch kann eine entsprechende Lufteintragung zwischen Elektrode und Dielektrikum verhindert werden (und dadurch die erwähnten negativen Auswirkungen vermieden werden).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Zwischenraum zwischen dem funktionellen Bereich der Elektrode und dem Dielektrikum zumindest teilweise mit Fluid (insbesondere Luft) gefüllt, und die dielektrische Vorrichtung ist derart konfiguriert, dass im Betrieb der Vorrichtung, bei einer Kompression des Dielektrikums durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode, das Fluid zumindest teilweise aus dem Zwischenraum gedrückt wird.
Die Elektrode (bzw. der funktionelle Bereich) kann mittels der Strukturierungen (insbesondere Ausbuchtungen) Hohlräume bereitstellen, in welchen Fluid (Gas, Luft) als kompressibles Medium ein temporäres Depot bilden kann, welches das überschüssige Material des elastischen Dielektrikums bei Inbetriebnahme der dielektrischen Vorrichtung aufnehmen können. Wenn eine Strukturierung z.B. ein Hohlraumvolumen von 5 % bis 20 % des Dielektrikumvolumens ausmacht, kann sich die verdrängte Masse im Betriebszustand der dielektrischen Vorrichtung in diese Hohlräume hineindrängen und hierbei das darin befindliche Fluid verdrängen (z.B. durch Perforationen oder seitlich).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Dielektrikum ein elastisches Dielektrikum. Dies kann den Vorteil haben, dass die dielektrische Vorrichtung als ein effizienter dielektrischer Aktor und/oder Sensor eingesetzt werden kann.
Prinzipiell können folgende Anforderungen an ein Elastomer für eine dielektrische Vorrichtung gestellt werden: i) das Material sollte einen tiefen Elastizitätsmodul haben (insbesondere wenn hohe Dehnungen erwünscht sind), ii) die Dielektrizitätskonstante sollte hoch sein, und iii) die Durchschlagsfestigkeit sollte hoch sein. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Durchschlagfestigkeit kann in der mechanischen Vordehnung der dielektrischen Schicht liegen. Bei vorteilhaften Elastomerschichten kann Durchschlagfeldstärke von bis zu 235 V/µm vorliegen.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Elastomermaterial zumindest eines aus der Gruppe aufweisen, welche besteht aus: i) einem Dien Polymer (insbesondere zumindest einem von Butadien, Isopren, Dimethylbutadien, Halogenbutadien, Cyclopentadien, Cyclooctadien); ii) einem Elastomer mit einer 1,2 und/oder 1,4 Verknüpfung in cis- und/oder trans-Form; iii) einem Copolymer (z.B. der oben genannten Diene) mit einfach ungesättigten Monomeren (insbesondere einem von Stryol, Ethen, Propen, Buten, Acrylnitril, Acrylsäure, Acrylsäureester, Vinylether, Vinylester, Vinylhalogenid); iv) einem unvernetzten Elastomer oder einem vernetzten Elastomer; v) einem Polyadditionselastomer, insbesondere Polyurethan; vi) einem Silikonelastomer, insbesondere einem Polysiloxan; vii) einem Polymergemisch aus zumindest zwei der oben genannten Elastomere.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Elastomermaterial in nicht ausgehärteter Form (insbesondere auf die Elektrode) aufgetragen und dann ausgehärtet. In diesem Dokument können unter dem Begriff „Aushärten“ insbesondere eine Vielzahl von unterschiedlichen Formen einer Materialverfestigung bzw. einer Erhöhung der Materialviskosität verstanden werden. Bei einem Aushärteprozess kann ein Material von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand übergehen, wobei das Material in dem zweiten Zustand fester ist als in dem ersten Zustand. Weiterhin kann die Viskosität des ersten Zustandes deutlich geringer sein als die Viskosität des zweiten Zustandes. Ein Aushärten kann z.B. zumindest einen der folgenden Prozesse umfassen: Vernetzungen, thermische Erstarrungsprozesse, Trocknungsreaktionen, Gelierungsprozesse. In einem Beispiel wird ein nicht-ausgehärtetes, zumindest teilweise flüssiges Elastomermaterial (z.B. in einem Lösungsmittel oder einem Suspensionsmedium) auf eine Elektrode aufgetragen. Bei einem Aushärten (z.B. durch Trocknung des Lösungsmittels/Suspensionsmediums und/oder einem Vernetzen des Elastomermaterials, insbesondere einem gezielt gesteuerten Vernetzen z.B. mittels UV-Bestrahlung) kann das Elastomermaterial eine im Wesentlichen festere Form aufweisen und/oder eine höhere Viskosität aufweisen als das nichtausgehärtete Elastomermaterial. Insbesondere kann das ausgehärtete Elastomermaterial als Dielektrikum eingesetzt werden.
Das Aushärten kann z.B. mittels einer Vernetzungsreaktion und/oder einer Filmbildung durch Abtrocknung aus Lösung und/oder einer Filmbildung durch Abtrocknung aus einer Dispersion durchgeführt werden. Bezüglich der Vernetzung kann diese mit zumindest einem der folgenden Prozesse durchgeführt werden: i) Strahlungsvernetzung (bevorzugt durch UV-Strahlung), ii) Elektronenvernetzung (z.B. durch eine Elektronenstrahlenquelle), iii) thermisch initiierte Radikalvernetzung, iv) thermische Schwefelvernetzung, v) Peroxid-initiierte Radikalvernetzung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die dielektrische Vorrichtung ferner auf: i) eine dritte Elektrode, welche der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode gegenüberliegend angeordnet ist, und ii) ein zweites elastisches Dielektrikum, welches zwischen der dritten Elektrode und der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode angeordnet ist. Dies kann den Vorteil haben, dass ein effizientes dielektrisches System (z.B. ein Stapelaktor) aufgebaut werden kann.
Durch Aufschichtung von mehreren planaren Aktoren/Sensoren kann eine höhere Kraft und Verschiebung erzeugt werden. Insbesondere kann durch die Aktivierung eine Zugspannung im Aktor und somit eine Verkürzung des Aktors erzeugt werden. Zur Erreichung großer absoluter Auslenkungen kann es daher notwendig sein, eine Vielzahl dielektrischer Schichten und Elektrodenschichten (z.B. 10, 100) zu stapeln (im Wesentlichen ohne die Betriebsspannung zu erhöhen).
Bildlich erklärt, schafft die erfindungsgemässe Lösung in einem Beispiel einen Bezug der Bewegung in Höhenrichtung zur flächigen Ausbreitung (in x- und y-Richtung) ähnlich einem Ziehharmonikaeffekt: die Amplitude der Faltungen nimmt ab, wenn die Ziehharmonika auseinandergezogen wird. Im Gegensatz zu trivialen Faltungen erfolgt dieser Bezug in selbstorganisierender Form im dreidimensionalen Raum.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zumindest eine Oberfläche des Dielektrikums (zumindest teilweise) strukturiert. Insbesondere ist Material des funktionellen Bereichs, insbesondere Material der Strukturierungen (Ausbuchtungen), der Elektrode in die Oberflächenstruktur des Dielektrikums eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass die Strukturierungen der Elektrode besonders effizient mittels Vorstrukturierung des Dielektrikums direkt auf dem Dielektrikum erzeugt werden können.
In einem Ausführungsbeispiel wird eine Metallschicht auf einen strukturierten Teil der Oberfläche eines (insbesondere elastischen) Dielektrikums aufgebracht, um die beschriebene Elektrode bereitzustellen. Auf diese Weise können die Strukturierungen besonders effizient, robust, und Kosten-günstig (insbesondere ohne Lufteinschlüsse) direkt auf dem Dielektrikum hergestellt werden.
Die Strukturierung der Elektrode in Höhenrichtung (z) wird in einem Ausführungsbeispiel indirekt, mittels vorgängigem Strukturieren des Dielektrikums, erreicht (indem sich dann die Elektrode der Rohform der Oberfläche des Dielektrikums anpasst). Eine Möglichkeit ein fertiges Dielektrikum zu strukturieren ist z.B. eine mechanisch abrasive Oberflächenbearbeitung, so dass eine Modulation in der Höhenrichtung erreicht wird (Höhenvariation). In einem Beispiel wurde festgestellt, dass Abweichungen von der planaren (Bereichs-) Ebene um mehr als 0,5 µm (insbesondere mehr als 3 Mikrometer, weiter insbesondere mehr als 10 Mikrometer) besonders vorteilhaft sind. Danach kann die entsprechende Oberfläche mit einem leitfähigen Material, zum Beispiel mit einem Leitlack, übersprüht werden, wobei das Material nach dem Sprühen ausgetrocknet. Das Herstellungsverfahren kann besonders gut geeignet sein für eine reel-to-reel Produktion, welche viele produktionstechnische Vorteile bietet.
In einem anderen Ausführungsbeispiel können auch Dielektrika im Zuge der Herstellung formgebend abgepresst, abgegossen oder abgedruckt werden. So sind zum Beispiel Spritzgussverfahren bekannt, welche mittels einer Nickelmatrize mikroskaline Oberflächenstrukturierungen entstehen lassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Aufbringen (der Metallschicht/folie) zumindest eines aus der Gruppe auf, welche besteht aus: Bedampfen und/oder Beschichten, insbesondere atmosphärisches Plasmaspritzen und/oder Flammspritzen. Dadurch lassen sich besonders dünne Schichtdicken (insbesondere ohne Lufteinschlüsse) herstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die (funktionellen Bereiche der) Elektroden durch geeignete Formen von Bedampfungen auf dem (elastischen) Dielektrikum aufgebracht. Dies erlaubt sehr kleine Metalldicken, die auch in Bereichen unter 100 nm liegen können. So lassen sich auch mit nur kleinen (Dielektrikum) Strukturierungen in Höhenrichtung sehr elastische Elektroden herstellen. Das Bedampfen kann auch ein PVD (physical vapor deposition) oder CVD (chemical vapor deposition) Verfahren aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Elektroden durch ein (atmosphärisches, also Umgebungsdruck) Plasmaspritzverfahren aufgebracht. Beim atmosphärischen Plasmaspritzen sind in einem Plasmabrenner eine Anode und eine Kathode durch einen schmalen Spalt getrennt. Durch eine Gleichspannung wird ein Lichtbogen zwischen Anode und Kathode erzeugt. Das durch den Plasmabrenner strömende Gas wird durch den Lichtbogen geleitet und hierbei ionisiert. Die Dissoziation, beziehungsweise anschließende Ionisation, erzeugt ein hochaufgeheiztes, elektrisch leitendes Gas aus positiven Ionen und Elektronen. In diesem erzeugten Plasmajet wird Pulver eingedüst, das durch die hohe Plasmatemperatur aufgeschmolzen wird. Der Plasmastrom reißt die Pulverteilchen mit und schleudert sie auf das zu beschichtende Material.
Dieses Verfahren kann auch zur Kontaktierung und Verbindung der Einzelelektroden verwendet werden, da die (bedampfte/abgeschiedene) Menge (und dadurch die Dicke) genau gesteuert werden kann. Die so aufgebachte Beschichtung (coating) ähnelt einem Sintermetall. Je nach Metallart kann der Auftrag in einer Schutzgasatmosphäre erfolgen. Das Verwenden von atmosphärischem Plasma kann eine besonders vorteilhafte Integration in reel-to-reel-Verfahren ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Elektroden durch Flammspritzen aufgebracht. Die notwendige Prozessenergie resultiert aus der Verbrennung eines Brenngas-Sauerstoff-Gemisches. Auch dieses Verfahren eignet sich zusätzlich auch noch als Verfahren zur Kontaktierung der Einzelelektroden. Je nach Metallart erfolgt der Auftrag in einer Schutzgasatmosphäre.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Strukturieren zumindest eines aus der Gruppe auf, welche besteht aus: Sandstrahlen, Formen, Pressen, Stempeln, Anwenden von auswaschbaren Reagenzien. Dies kann den Vorteil haben, dass mit etablierten Verfahren kosten-günstig eine vorteilhafte Strukturierung erhalten werden kann.
Die Strukturierung der Oberfläche des Dielektrikums kann z.B. mittels Sandstrahlen (so gibt es z.B. bei CO₂-Eis-Sandstrahlen im Wesentlichen keine Rückstände im oder auf dem Dielektrikum) erfolgen. Alternativ kann dem Dielektrikum im noch unvernetzten Zustand auf der Oberfläche ein auswaschbares Mittel, das nicht in den Vernetzungsprozess reaktiv eingreift (z.B. wasserlösliche Metallsalze oder wasserlösliche Polymere, aber auch Zucker, usw.) beigegeben werden, welches auswaschbare Mittel nach der Vernetzung ausgewaschen werden kann, und so eine strukturierte Oberfläche übrig bleibt. Eine weitere Variante der Oberflächenstrukturierung des Dielektrikums besteht durch Formen/Pressen/Stempeln oder ähnlichen Prozessen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Elektrode in mehrschichtigem Aufbau auf dem Dielektrikum aufgebracht. Dies hat den Vorteil, dass die Kombination von sonst unverträglichen Materialen (z.B. wegen Alterung und Materialmigration) möglich wird. Insbesondere lässt sich eine Aluminium-Sperrschicht zwischen einer Kupferbeschichtung und einem polymerbasierenden Dielektrikum einbringen, was die katalytische Funktion von Kupfer unterbinden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Strukturieren während eines Vulkanisationsverfahrens durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass die Strukturierung besonders effizient durchgeführt werden kann.
Bei einem Vulkanisieren des Dielektrikums werden Vernetzungen (durch Schwefelbrücken) des Polymers durchgeführt. Dies geschieht bei hoher Temperatur und das Dielektrikum ist hierbei noch nicht ausgehärtet. Dies kann gute Bedingungen bieten, um Oberflächenstrukturierung des Dielektrikums wie Formen/Pressen/Stempeln oder ähnliche Prozesse durchzuführen.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.

1a, 1b, und 1c zeigen jeweils eine dielektrische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1d zeigt eine dielektrische Vorrichtung als Stapelaktor/sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2a und 2b zeigen jeweils eine strukturierte Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche aus einem Streckmetall gebildet ist.
3a bis 3c zeigen jeweils eine strukturierte Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche nicht-perforierte Ausbuchtungen aufweist.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die folgenden Überlegungen angestellt werden. Zwei leitfähig gemachte Oberflächen können übereinander aufgeschichtet werden. Dies bedeutet bei einem Aufbau von i) erster Elektrode (beschichtet/gecoatet auf das Dielektrikum), ii) elastisches Dielektrikum, iii) zweite Elektrode (auch gecoated auf dasselbe Dielektrikum), dass beim Stapeln dieser Einzellagen (zu einem Stapelaktor/sensor) sich jeweils die erste Elektrode der Schicht a) mit der zweiten Elektrode der Schicht b) auf der jeweils rauhen Seite in Kontakt gebracht wird. Dies erlaubt bei der mechanischen Deformation während der Aktivierung des Systems, dass die beiden rauhen Seiten von den zwei Elektroden gegeneinanderdrücken. Die dazwischenliegende Luft (jetzt Potential- bzw. Feld-frei, da diese beiden Elektroden auf demselben Potential sind und sich Problematiken wie Durchschläge und Elmsfeuer nicht stellen) kann heraus- oder zusammengepresst werden. Dadurch ist eine Deformation des Stapels in z-Richtung derart möglich, dass weniger oder kein zu verdrängendes Elastomer-Material in x- und y-Richtung austritt. Dies deshalb, weil im rauhen Zustand ein gemitteltes Elektrodenpotential weiter entfernt (in z-Richtung) von der Gegenelektrode ist, als bei einer flachgepressten Elektrode (bei welcher diese Flachpressung durch Ausgleich der Kompressionskräfte im Dielektrikum erreicht wird). Bei dieser Ausführungsvariante ist das Delta z kleiner als wenn die rauhe erste Elektrode gleich die zweite Elektrode bildet und durch das nächstfolgende Dielektrikum unter Luftmengenreduktion flachgepresst wird (bildlich gesprochen kann dies damit verglichen werden, dass ein Eierkarton zusammengedrückt würde).
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Elektrode für eine dielektrische Vorrichtung (insbesondere einem dielektrischen Aktor und/oder einem dielektrischen Sensor) beschrieben. Die Elektrode weist einen funktionellen Bereich auf, wobei der funktionelle Bereich ein (elektrisch) leitfähiges Metall (insbesondere Vollmetall oder Sintermetall) aufweist, und wobei der funktionelle Bereich entlang zweier Haupterstreckungsrichtungen (x, y) ausgebildet ist und eine Bereichsebene (E) aufspannt (im Wesentlichen Platten-förmig ist). Hierbei weist der funktionelle Bereich eine Mehrzahl von Strukturierungen (z.B. Ausbuchtungen) in einer Höhenrichtung (z) auf, welche senkrecht zu den zwei Haupterstreckungsrichtungen (x, y) orientiert ist (abweichend von der planaren Ebene bzw. nicht-planar), wobei die Strukturierungen das leitfähige Metall aufweisen (bzw. aus diesem bestehen).
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
1a zeigt eine dielektrische Vorrichtung 100, welche als ein dielektrischer Aktor (DEA), ein dielektrischer Sensor (DES) oder eine Mischform (DEAS) verwendet werden kann. Die Vorrichtung 100 weist eine erste Elektrode 110 und eine zweite Elektrode 120 auf, wobei die zweite Elektrode 120 gegenüber der ersten Elektrode 110 angeordnet ist. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 ein elastisches Dielektrikum 130 auf, welches zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 angeordnet ist. Die Elektroden 110, 120 weisen jeweils einen Kontaktbereich 114 auf, welcher aus elektrisch leitfähigem Material besteht und über welchen die Elektroden 110, 120 kontaktiert werden können, bzw. über welchen eine Spannung U angelegt werden kann. Die zweite Elektrode 120 stellt hierbei die Gegenelektrode zur ersten Elektrode 110 dar. Jede der beiden Elektroden 110, 120 wird separat elektrisch kontaktiert, so dass ein elektrisches Feld mittels der Elektroden 110, 120 erzeugt werden kann. In dem gezeigten Beispiel ist keine Spannung angelegt (0 Volt), so dass sich die dielektrische Vorrichtung 100 nicht in einem Betriebsmodus befindet.
Jede der beiden Elektroden 110, 120 weist einen funktionellen Bereich 112 auf, welcher ein elektrisch leitfähiges Metall aufweist. Dieses elektrisch leitfähige Metall ist ein einheitliches Metall (z.B. ein Vollmetall oder ein Sintermetall), und weist keinen Aufbau aus Metall-Partikeln, welche in einem Harz eingebettet sind, auf. Damit ist die elektrische Leitfähigkeit deutlich verbessert. Der funktionelle Bereich 112 ist Platten-förmig ausgebildet und erstreckt sich somit entlang zweier Haupterstreckungsrichtungen x, y, wobei der funktionelle Bereich 112 eine Bereichsebene E aufspannt. In dem gezeigten Beispiel macht der funktionelle Bereich 112 die ganze Elektrodenplatte 110 aus. In anderen Ausführungsbeispielen weist die Elektrode 110 ein (isolierendes) Trägermaterial auf, auf welchem dann der funktionelle Bereich 112 angeordnet ist (z.B. aufgedampft).
In dieser Figur nicht gezeigt sind (siehe hierzu die 2 und 3) eine Mehrzahl von Strukturierungen 115, welche der funktionelle Bereich 112 in einer Höhenrichtung z aufweist, welche senkrecht zu den zwei Haupterstreckungsrichtungen x, y orientiert ist. Entsprechend bestehen diese Strukturierungen 115 ebenfalls aus dem leitfähigen Metall des funktionellen Bereichs 112.
1b zeigt die dielektrische Vorrichtung 100 gemäß 1a, wobei die Elektroden 110, 120 elektrisch an den jeweiligen Kontaktbereichen 114 kontaktiert wurden. In dem gezeigten Beispiel ist eine Spannung von 1 kV an den Elektroden 110, 120 angelegt, so dass sich die dielektrische Vorrichtung 100 in einem Betriebsmodus befindet. Die erste Elektrode 110 bildet nun einen Pluspol und die zweite Elektrode 120 (Gegenelektrode) bildet den Minuspol. Diese elektrische Kontaktierung führt dazu, dass sich die positiv geladene erste Elektrode 110 und die negativ geladene zweite Elektrode 120 gegenseitig anziehen und sich räumlich aufeinander zubewegen. Wenn das Dielektrikum 130, welches zwischen erster Elektrode 110 und zweiter Elektrode 120 angeordnet ist, als ein elastisches Dielektrikum (z.B. als Elastomer) ausgebildet ist, so wird es aufgrund seiner Inkompressibilität zu den Seiten der dielektrischen Vorrichtung 100 teilweise herausgepresst.
1c zeigt das prinzipielle Funktionsprinzip der dielektrische Vorrichtung 100 (wie schon für die 1a und 1b oben beschrieben) als dielektrischer Aktor oder Sensor. Wird eine Spannung U an die Elektroden 110, 120 angelegt, so bewegen sich die Elektrodenplatten aufeinander zu. Dies erzeugt wiederum einen Druck P auf das Dielektrikum 130, welches zwischen den Elektroden 110, 120 angeordnet ist. Wenn das Dielektrikum 130 als Elastomer ausgebildet ist, so ist es im Wesentlichen inkompressibel und wird durch den Druck von oben (z+) und von unten (z-) zu einer Flächenausdehnung gezwungen. Die Flächenausdehnung (siehe die nach außen weisenden Bewegungspfeile) findet entlang der beiden Haupterstreckungsrichtungen x, y der Elektroden 110, 120 statt.
1d zeigt eine Mehrzahl von dielektrischen Vorrichtungen 100 gemäß den 1a bis 1c, welche in Form eines Stapelaktors (oder Stapelsensors) angeordnet sind. Hierbei werden die einzelnen dielektrischen Vorrichtungen 100 in Höhenrichtung (z) übereinander zu einer dielektrischen Vorrichtung 100 aus multiplen Einheiten gestapelt. Unter der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 (zwischen welchen das erste Dielektrikum 130 angeordnet ist) ist nun eine dritte Elektrode 121 angeordnet, welche der zweiten Elektrode 120 gegenüberliegend angeordnet ist. Entsprechend ist ein zweites elastisches Dielektrikum 131 zwischen der dritten Elektrode 121 und der zweiten Elektrode 120 angeordnet. Diese Anordnung lässt sich weiter fortsetzen mittels einer vierten Elektrode und einem dritten Dielektrikum etc. Die erste Elektrode 110 und die dritte Elektrode 121 sind an ihren Kontaktbereichen 114 (z.B. über einen Bonddraht) elektrisch leitfähig verbunden. Die zweite Elektrode 120 (und dann die vierte Elektrode etc.) stellen in diesem Fall die Gegenelektroden 160 dar, wobei wiederum die Gegenelektroden 160 untereinander mittels Bonddrähten 118 an ihren Kontaktbereichen 114 elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. In weiteren Ausführungsformen können auch mehrere solcher Stapel nebeneinander angeordnet und gemeinsam genutzt werden.
2a zeigt ein Ausführungsbeispiel der Elektrode 110, wobei diese als Streckmetall ausgebildet ist. Die Elektrode 110 besteht hierbei einheitlich aus Metall (also Vollmetall), z.B. Aluminium oder Kupfer, und weist entsprechend eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf (da eine Metallbindung vorliegt und nicht nur Metallpartikel-Kontakte vorhanden sind). In einer ursprünglich planaren Metallfolie wurden Schlitze erzeugt und danach wurde die geschlitzte Metallfolie 110 in die Länge gestreckt. Bei dieser Streckung (z.B. mittels eines Tiefziehverfahrens) werden an den geschlitzten Stellen Erhebungen gebildet, welche eine Mehrzahl von Strukturierungen 115 bilden. Diese Strukturierungen 115 sind in einer Höhenrichtung z orientiert, welche senkrecht zu den zwei Haupterstreckungsrichtungen x, y der Metallfolie 110 orientiert ist. Es ist eindeutig, dass die Strukturierungen 115 das leitfähige Metall der Metallfolie 110 aufweisen bzw. daraus bestehen.
2b zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich jenem, welches in 2a oben gezeigt ist, wobei zusätzlich Schlitze zwischen den Strukturierungen 115 angebracht sind. Dadurch wird die fertige Elektrode 110 noch elastischer und behält dennoch die hohe elektrische Leitfähigkeit.
Die 3a bis 3c zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel des funktionellen Bereichs 112 der Elektrode 110, wobei die Strukturierungen 115 als nicht-perforierte Ausbuchtungen ohne scharfe Kanten ausgebildet sind. Die Form der Elektrode 110 kann hierbei, besonders bildlich gesprochen, mit der Form eines Eierkartons verglichen werden. Die Distanz der Erstreckung der Ausbuchtungen 115 in Höhenrichtung z (senkrecht zu der Bereichsebene, welche von dem funktionellen Bereich 112 der Elektrode 110 aufgespannt wird) ist von 3a zu 3c ansteigend. Die Mehrzahl von Strukturierungen 115 erstrecken sich also in die Höhenrichtung (von 3a zu 3c betrachtet) immer weiter nach oben bzw. unten (bezogen auf Dicke der Elektrode 110, welche in den 3a bis 3c jeweils gleich ist). Beispielsweise weichen die Ausbuchtungen 115 in dem Distanzbereich 0,5 µm bis 10 µm (Höhenerstreckung) von der (planaren) Bereichsebene E ab.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

100: Dielektrische Vorrichtung
110: Erste Elektrode, Metallfolie
112: Funktioneller Bereich
114: Kontaktbereich
115: Strukturierungen, Ausbuchtungen
120: Zweite Elektrode
121: Dritte Elektrode
130: (Erstes) Dielektrikum
131: Zweites Dielektrikum
160: Gegenelektrode
E: Bereichsebene
P: Druck
U: Spannung
X, Y: Haupterstreckungsrichtungen
Z: Höhenrichtung

Claims

Eine dielektrische Vorrichtung (100), welche ein dielektrischer Elastomer-Aktor und/oder ein dielektrischer Elastomer-Sensor ist, welche aufweist: eine erste Elektrode (110), wobei die Elektrode (110) einen funktionellen Bereich (112) aufweist; wobei der funktionelle Bereich (112) ein leitfähiges einheitliches Metall aufweist; wobei der funktionelle Bereich (112) entlang zweier Haupterstreckungsrichtungen (x, y) ausgebildet ist und eine Bereichsebene (E) aufspannt; und wobei der funktionelle Bereich (112) eine Mehrzahl von Strukturierungen (115) in einer Höhenrichtung (z) aufweist, welche senkrecht zu den zwei Haupterstreckungsrichtungen (x, y) orientiert ist, wobei die Strukturierungen (115) das einheitliche leitfähige Metall aufweisen, und wobei die Mehrzahl von Strukturierungen (112) der Elektrode (110) zumindest teilweise elastisch verformbar sind; eine zweite Elektrode (120), welche gegenüber der ersten Elektrode (110) angeordnet ist; und ein Dielektrikum (130), welches zwischen der ersten Elektrode (110) und der zweiten Elektrode (120) angeordnet ist, wobei das Dielektrikum (130) ein elastisches Dielektrikum ist; wobei zumindest die erste Elektrode (110) konfiguriert ist, um im Betrieb der Vorrichtung (100) zumindest teilweise elastisch verformbar zu sein; wobei die dielektrische Vorrichtung (100) derart konfiguriert ist, dass im Betrieb der Vorrichtung (100), bei einer Kompression des Dielektrikums (130) durch die erste Elektrode (110) und die zweite Elektrode (120), Material des komprimierten Dielektrikums (130) zumindest teilweise in die Strukturierungen (115) gedrückt wird, wobei die Mehrzahl von Strukturierungen (115) hierbei zumindest teilweise elastisch verformt wird, wobei ein Zwischenraum (125) zwischen dem funktionellen Bereich (112) der ersten Elektrode (110) und dem Dielektrikum (130) zumindest teilweise mit Fluid, insbesondere Luft, gefüllt ist, und wobei die dielektrische Vorrichtung (100) derart konfiguriert ist, dass im Betrieb der Vorrichtung (100), bei einer Kompression des Dielektrikums (130) durch die erste Elektrode (110) und die zweite Elektrode (120), das Fluid zumindest teilweise aus dem Zwischenraum (125) gedrückt wird.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine dritte Elektrode (121), welche der ersten Elektrode (110) oder der zweiten Elektrode (120) gegenüberliegend angeordnet ist; und ein zweites, insbesondere elastisches, Dielektrikum (131), welches zwischen der dritten Elektrode (121) und der ersten Elektrode (110) oder der zweiten Elektrode (120) angeordnet ist.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Dielektrikum (130) an zumindest einer Oberfläche zumindest teilweise strukturiert ist, insbesondere wobei zumindest ein Teil der Mehrzahl von Strukturierungen (115) in den Oberflächenstrukturen des Dielektrikums (120) angeordnet sind.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der funktionelle Bereich (112) eine durchschnittliche Dicke von 50 µm oder weniger, insbesondere 8 µm oder weniger, weiter insbesondere 100 nm oder weniger, hat.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der funktionelle Bereich (112) aus einem Streckmetall besteht, insbesondere wobei die Mehrzahl von Strukturierungen (115) im Wesentlichen durch ein Pressverfahren oder ein Tiefziehverfahren erzeugt sind.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Strukturierungen (115) 0,5 µm oder mehr, insbesondere 3 µm oder mehr, weiter insbesondere 10 µm oder mehr, von der Bereichsebene (E) abweichen.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Mehrzahl von Strukturierungen (115) derart in die Höhenrichtung (z) erstreckt, dass zumindest eine Höhenerstreckung 10 % oder mehr, insbesondere 60 % oder mehr, weiter insbesondere 200 % oder mehr, von der Dicke des funktionellen Bereichs (112) ist.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (110) ein, insbesondere isolierendes, Trägermaterial, insbesondere ein Polymer oder ein Gewebe, aufweist, insbesondere wobei der funktionelle Bereich (112) eine metallische Beschichtung des Trägermaterials ist.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall ein Vollmetall oder ein Sintermetall ist, insbesondere wobei das Metall zumindest eines aufweist aus der Gruppe, welche besteht aus: Ag, Al, Au, Be, Cr, Cu, Fe, In, Mg, Mo, Ni, Pb, Pd, Pt, Rh, Sb, Sn, Ti, Zn, Legierungen daraus.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (110) einen ersten Bereich mit einer ersten Dicke und einen zweiten Bereich mit einer zweiten Dicke aufweist, wobei die erste Dicke größer ist als die zweite Dicke.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierungen (115) als Ausbuchtungen ausgebildet sind.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 11, wobei die Ausbuchtungen (115) frei von Perforationen sind; oder wobei die Ausbuchtungen (115) zumindest teilweise perforiert sind.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Ausbuchtungen alternierend angeordnet eine elliptische Form in einer ersten Höhenrichtung und eine elliptische Form in einer zweiten gegenüberliegenden Höhenrichtung aufweisen.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierungen (115) als Ausbuchtungen (115) ausgebildet sind die zumindest teilweise perforiert sind, und wobei die Ausbuchtungen zumindest eines aus der Gruppe aufweisen, welche besteht aus: Öffnungen, Schlitze, Aussparungen.
Die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, konfiguriert, so dass Hohlräume bereitgestellt werden, damit ein nicht haftendes Dielektrikum darin seine Verdrängungsmasse zwischenspeichern kann und nicht in die horizontale Ebene verdrängen muss.
Ein Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Vorrichtung (100), welche ein dielektrischer Elastomer-Aktor und/oder ein dielektrischer Elastomer-Sensor ist, gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 15, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines elastischen Dielektrikums (130); Strukturieren zumindest eines Teils einer Oberfläche des Dielektrikums (130); Aufbringen einer einheitlichen Metallschicht auf den strukturierten Teil der Oberfläche des Dielektrikums (130), so dass die dielektrische Vorrichtung (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 15 bereitgestellt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei das Aufbringen aufweist: Bedampfen und/oder Beschichten, insbesondere mittels atmosphärischem Plasmaspritzen und/oder Flammspritzen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das Strukturieren zumindest eines aus der Gruppe aufweist, welche besteht aus: Sandstrahlen, Formen, Pressen, Stempeln, Anwenden von auswaschbaren Reagenzien.
Das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Strukturieren während eines Vulkanisationsverfahrens durchgeführt wird.