DE60011078T2

DE60011078T2 - Strukturen mit veränderlichem Leitwert

Info

Publication number: DE60011078T2
Application number: DE60011078T
Authority: DE
Inventors: David Lussey
Original assignee: Peratech Ltd
Current assignee: Peratech Ltd
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: US6646540B1; WO2000079546A1; DK1188170T3; ES2221849T3; CN100431061C; CA2374178A1; AU5549500A; EP1188170B1; DE60011078D1; ATE268049T1; CN1365501A; JP2003519439A; EP1188170A1; PT1188170E

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Strukturen mit veränderlicher Leitfähigkeit, die in veränderlichen elektrischen Widerstandsvorrichtungen verwendet werden, um Veränderungen im elektrischen Widerstand durch Bewegung und Druckveränderungen bereitzustellen. Die Strukturen können auch eine elektrische Isolierung und Abschirmung bereitstellen und ermöglichen das Einstellen eines Anfangswiderstands. Zudem können sie einen Kriechweg für elektrostatische Spannungen bereitstellen, dem Betrieb einen Grad an Bewegung und Greifbarkeit verleihen und in bevorzugten Formen auf das Vorhandensein von chemischer, mikrobiologischer oder radioaktiver Spezies reagieren.
STAND DER TECHNIK
Die US-A-4028276 offenbart druckempfindliche Zusammensetzungen zur Verwendung als elastische Widerstände, die in einem Elastomer eingeschlossene metallische leitfähige Teilchen umfassen. Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch die Verwendung einer Basisstruktur aus einem isolierenden oder schwach leitenden Polymermaterial mit darin ausgebildeten Hohlräumen, die für ein mobiles Fluid mit stark leitfähigen Füllstoffteilchen in den Hohlräumen zugänglich sind, Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit hergestellt werden können, die eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten einschließlich als Sensoren aufweisen.
Die US-A-4481808 offenbart ein Verfahren zum Detektieren einer Konzentration eines gelösten Stoffs in einer Lösung, indem eine Druckveränderung in einer geschlossenen Kammer als Ergebnis der Durchdringung des gelösten Stoffs durch ein poröses Material von einer Testlösung in eine Lösung in der Kammer beobachtet wird. Die Druckveränderung kann durch das Ausstatten der Kammer mit einem druckempfindlichen Material wie ein Einkristall aus n-Silicium überwacht werden.
Die PCT/GB98/00206, veröffentlicht als WO 98/33193, und die PCT/GB99/00205, veröffentlicht als WO 99/38173 offenbaren Polymerzusammensetzungen mit der elektrischen Eigenschaft, im Ruhezustand isolierend zu wirken, unter mechanischer Beanspruchung oder in elektrischen Feldern jedoch leitfähig zu sein. In einem hochohmigen Zustand (typischerweise 10¹² Ohm.cm) nehmen sie durch Ausüben einer solchen Belastung üblicherweise einen niedrigohmigen Zustand an (typischerweise milliOhm.cm). Es hat sich gezeigt, dass der wirksame Widerstand der Polymerkomponentenphase aufgrund von Elektronentunnelung und Trägereinfang verringert ist. In einem solchen Zustand kann die Polymerzusammensetzung hohe elektrische Stromdichten tragen, obwohl keine vollständigen metallischen Strompfade vorhanden sind, d.h. die Zusammensetzung liegt unter der Perkolationsgrenze. Die Erfindung kann die in den PCT-Anmeldungen beschriebenen Materialien verwenden, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit eine zusammendrückbare Basisschicht aus einem Polymermaterial, das isolierend oder schwach leitfähig ist, und leitfähige Füllstoffteilchen aus Metall, einer Legierung oder reduziertem Metalloxid, wobei der Körper im Ruhezustand einen ersten Grad elektrischer Leitfähigkeit aufweist und auf einen zweiten Grad elektrischer Leitfähigkeit gebracht werden kann, indem eine Spannungsänderung durch Dehnen, Komprimieren oder ein elektrisches Feld aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht Hohlräume aufweist, durch die der Körper porös gemacht wird, wobei die Hohlräume die leitfähigen Füllstoffteilchen enthalten.
Die Hohlräume sind vorzugsweise für ein leicht bewegliches Fluid zugänglich, obwohl das leicht bewegliche Fluid nicht vorhanden sein muss, und der Körper kann z.B. in einem Vakuum betrieben werden.
In dieser Beschreibung kann der Begriff „veränderlicher Widerstand" einen Schalter beinhalten, da der verfügbare Widerstandsbereich sich bis hin zu einem offenen Stromkreis erstrecken kann; und die Teilchen aus Metall, einer Legierung oder reduziertem Metalloxid werden – egal ob sie im Polymer eingeschlossen sind oder nicht, ob sie unter Spannung stehen oder bis zur Leitfähigkeit unter Spannung gesetzt werden können – als „stark leitfähige Füllstoffteilchen" bezeichnet.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung einen elektrisch veränderlichen Widerstand bereit, der extern verbundene Elektroden umfasst, die durch einen Körper mit veränderlichem Widerstand gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung überbrückt sind. Der Widerstand kann in Verbindung mit Spannungsmitteln verwendet werden, die einen Aktuator mit veränderlicher Geometrie an der Verwendungsstelle umfassen, wie z.B. ein schiefwinkliges Schuhelement oder eine selektiv anregbare Anordnung von Stiften oder Strahlenbündelquellen.
Genauer gesagt kann der Körper eine nachgebende Festigkeit aufweisen, die die Durchdringung der Basisschicht bis zu einem von einer angelegten Druckkraft abhängigen Grad zulässt. Vorzugsweise liegen die leitfähigen Füllstoffteilchen in Form von Granulat-Körnchen vor, wie hierin im Nachstehenden beschrieben wird, die wiederum ein Material umfassen, dessen Leitfähigkeit steigt, wenn es zusammengedrückt wird.
Die Basisschicht ist geeignet aus eine Schaum, Netz, einer Gaze, einer Matte oder einem Stoff und Kombinationen aus zwei oder mehreren davon ausgewählt. Die Basisschicht und das Material aus dem sie besteht beeinflussen die physikalischen und mechanischen Grenzen und das Leistungsvermögen des gesamten Körpers, und können so gewählt werden, dass sie auf diese abgestimmt sind, und haben auch eine abschwächende Wirkung auf das Kriechausmaß, das normalerweise mit den flexiblen leitfähigen Polymeren einhergeht. Besonders geeignete Basisschichten umfassen einen oder mehrere aus offenzelligem Polymerschaum, Gewebe oder Vlies wie z.B. Filz, möglicherweise mit Faser/Faser-Haftung, sowie dreidimensionale Anhäufungen von Fasern oder Streifen.
Der Körper besitzt eine Struktur, die so gewählt ist, dass sie für die jeweilige Funktion im veränderlichen Widerstand geeignet ist. Es kann z.B. eine zusammen gedrückte Struktur in Kombination mit einer nicht zusammengedrückten Schicht verwendet werden, wie untenstehend weiter ausgeführt wird.
Bei einem veränderlichen Widerstand kann das Spannungsmittel wirksam sein, um z.B. (a) eine die Leitfähigkeit erhöhende Spannung zuzuführen und/oder (b) solch eine Spannung umzukehren oder gegen eine vorher existierende Spannung zu wirken.
Wenn das Spannungsmittel durch Komprimieren oder Dehnen wirkt, kann es z.B. mechanisch, magnetisch, piezoelektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch sein. Ein solches Ausüben einer Spannung kann direkt oder durch Fernsteuerung erfolgen. Beim Zusammendrücken kann leicht bewegliches Fluid aus den Hohlräumen der Basisschicht ausgestoßen werden. Bei einer einfachen Schaltung ist das Fluid Luft und der Körper zur Atmosphäre hin offen. Unabhängig davon, ob leicht bewegliche Flüssigkeit vorhanden ist oder nicht, kann der Körper elastisch genug sein, um sich von alleine vollständig zurückzuformen oder mit Hilfe eines elastisch wirkenden Elements wie einer Feder unterstützt zu werden. Um die mechanische Spannung umzukehren, kann der Körper in einem geschlossenen System angeordnet sein, das Mittel einschließt, um das bewegliche Fluid in die Hohlräume zu treiben. Ein solches System kann ein Mittel zum Detektieren der Bewegung eines Werkstücks, die auf das Fluid außerhalb des veränderlichen Widerstands wirkt, bereitstellen.
Das bewegliche Fluid kann elastisch sein, wie z.B. ein nicht reaktives Gas wie Luft, Stickstoff oder Edelgas oder wenn möglich ein leicht kondensierbares Gas. Alternativ dazu kann das Fluid unelastisch sein, wie z.B. Wasser, eine wässrige Lösung, polare organische Flüssigkeiten wie Alkohol oder Ether, nicht polare organische Flüssigkeiten wie Kohlenwasserstoff, oder ein flüssiges Polymer wie Siliconöl. In einer wichtigen Ausführungsform ist das Fluid eine Probe, auf die die Leitfähigkeit des veränderlichen Widerstands empfindlich reagiert.
Unter den zum Ausbilden der Basisschicht geeigneten Materialien sind Netze, Gazen, Matten oder Stoffe aus hydrophoben Polymeren wie Polyethylen, Polyalkylenterpthalat, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyacrylnitril, hoch veresterte und/oder etherisierte Cellulose, Silicon, Nylon und hydrophile Polymere wie Cellulose (natürliche oder regenerierte, wenn möglich leicht veresterte oder etherisierte Cellulose), Wolle und Seide, sowie Schäume aus Polyether, Polystyrol, Polypropylen, Polyurethan (vorzugsweise mit einer gewissen Plastizität), Silicon, natürlicher oder synthetischer Kautschuk.
Welches Material auch immer für die Basisschicht verwendet wird, es ist vorzugsweise in einer Form mit relativ großen Hohlräumen (z.B. 50 – 500 Micron) erhältlich und dazu fähig, durch Kompression um einen Faktor 2 bis 8 zusammengedrückt werden, wobei eine weitere Komprimierbarkeit bestehen bleibt.
Üblicherweise besitzt der Körper zwei Dimensionen, die im Wesentlichen größer als die Dritte sind. Er kann somit eine plattenartige Konfiguration mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 bis 5, insbesondere 0,5 bis 2,0 mm aufweisen. Die anderen Abmessungen sind so gewählt, dass sie vorteilhaft in der Herstellung sind und Benutzeranforderungen erfüllen, wie z.B. das Zulassen eines Kontakts mit der Probe in einem Sensor gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung. Wenn der Körper elektrisch unter Spannung gesetzt wird, sollte seine Querschnittsfläche in elektrisch getrennte Unterbereiche unterteilt sein, um die erforderliche partielle Anregung zu ermöglichen. Vorzugsweise ist der Körper anisotrop, d.h. senkrecht zu seiner Ebene zusammendrückbar jedoch gleichzeitig resistent gegen Komprimierung oder Dehnung in seiner Ebene.
Der Gehalt an stark leitfähigem Material im Körper liegt üblicherweise bei 500 – 5000 mg/cm³. Die Größe des Körpers kann aus einem extrem weiten Bereich ausgewählt werden. Sie könnte so klein sein, dass nur ein paar Granulat-Körnchen aus eingeschlossenem Metall aufgenommen werden können; oder sie könnte Teil eines menschlichen Bewegungsbereichs sein. In einem geeigneten Beispiel kann der Körper in ein Kleidungsstück integriert werden, da er aus flexiblem Material ausgebildet sein kann.
Wenn die Basisschicht schwach leitend sein soll, kann dies durch die Integration von halbleitfähigem Material, einschließlich Kohlenstoff und organische Polymere wie Polyanilin, Polyacetylen und Polypyrrol erzielt werden. Die Erfindung kann dazu verwendet werden, die physikalischen und elektrischen Eigenschaften dieser leitfähigen Materialien zu verändern.
Die schwache Leitfähigkeit der Basisschicht kann alternativ dazu oder zusätzlich durch einen starken Leiter, wie er üblicherweise in den Hohlräumen vorhanden ist, jedoch in einem geringeren Anteil, wie z.B. 0,1 bis 10 % des Füllstands in den Hohlräumen, erzeugt werden.
Die leitfähigen Füllstoffteilchen können auch schwach leitendes (halbleitfähiges) Material, wie es oben angeführt ist, enthalten. Die Hohlräume der Basisschicht können einen solchen schwachen Leiter, wie z.B. ein offenzelliger Schaum, der während der Herstellung mit einem halbleitfähigen Füllstoff vorgefüllt worden ist, enthalten, um einem Schalter oder einen veränderlichen Widerstand einen Anfangswiderstand zu verleihen oder den Aufbau statischer Elektrizität auf oder innerhalb einer solchen Vorrichtung zu verhindern.
Der Körper kann nicht leitende Schichten beinhalten, die getrennt hergestellt werden können und mittels einem Kleber am restlichen Körper haften – siehe 2c unten. In einer alternativen Ausführungsform – siehe 2b unten – können solche nicht leitenden Schichten eintstückig mit dem restlichen Körper ausgebildet sein, wobei die Konzentration des stark leitfähigen Materials abgestuft ist. Ein Beispiel ist somit eine dünne Schaumplatte, die unter Spannung auf der einen Seite eine starke elektrische Leitfähigkeit ausbilden kann, während die andere Seite elektrisch isolierend oder schwach leitend bleibt. Die Platte kann durch Füllen der Hohlräume einer nicht leitenden offenzelligen Schaumplatte zu einem gewissen Teil ihrer Dicke mit stark leitfähigem Pulver oder Granulat hergestellt werden. Dadurch wird eine leitende Schaumschicht ausgebildet, die eine nicht leitende Schaumschicht überlagert. Das leitende Material kann durch einen Kleber oder durch Vernetzen des Schaums nach dem Füllen innerhalb der Schaumplatte in Position gehalten werden.
Im Körper ist das stark leitende Material als in den Hohlräumen der Basisschicht gefangene Teilchen vorhanden.
Das leitfähige Material kann wie folgt eingeführt werden:

(i) „nackt", d.h. ohne Vorbeschichtung jedoch möglicherweise mit dem Rest einer Oberflächenphase im Gleichgewicht mit der Speicheratmosphäre auf seiner Oberfläche oder während der Eingliederung in das Element ausgebildet;
(ii) leicht beschichtet, d.h. mit einer dünnen Beschichtung aus einem passivierenden oder wasserabweisenden Material oder dem Rest einer solchen Beschichtung, die während der Eingliederung in das Element ausgebildet worden ist. Dies ist ähnlich wie (i), ermöglicht jedoch eine bessere Steuerbarkeit bei der Herstellung;
(iii) polymerbeschichtet jedoch im Ruhezustand leitfähig. Dies wird durch die granulatförmigen Nickel/Polymer-Zusammensetzungen mit einem so hohen Nickelgehalt, dass die physikalischen Eigenschaften des Polymers schwach, wenn überhaupt erkennbar sind, veranschaulicht. Material der Form (iii) kann in einer wässrigen Suspension verwendet werden. Das Polymer kann ein Elastomer sein oder auch nicht. Form (iii) ermöglicht ebenfalls eine bessere Steuerbarkeit bei der Herstellung als (i);
(iv) polymerbeschichtet jedoch nur unter Spannung leitfähig. Dies wird durch Nickel/Polymer-Zusammensetzungen mit einem niedrigeren Nickelgehalt als bei (iii) veranschaulicht, der niedrig genug ist, um die physikalischen Eigenschaften des Polymers erkennbar zu machen, und hoch genug, dass während dem Vermischen die Nickelteilchen und das flüssige Polymer in Granulat-Körnchen aufgelöst werden und keine Volums-Phase ausbildet. Eine Alternative dazu wäre die Verwendung von

Teilchen, die durch Zerkleinern von Material, das die Füllstoffteilchen in einem Volums-Phasen-Polymer umfasst, hergestellt werden. Anders als bei (i) bis (iii) ermöglicht das Material (iv) eine Reaktion auf Spannung innerhalb jedes einzelnen Granulat-Körnchens sowie zwischen den Granulat-Körnchen, wobei gemahlenes Material weniger empfindlich ist. Beim Herstellen des Elements kann das Material (iv) in einer wässrigen Suspension verwendet werden.
Das stark leitfähige Material kann z.B. eines oder mehrere aus Titan, Tantal, Zircon, Vanadium, Niobium, Hafnium, Aluminium, Silicium, Zinn, Chrom, Molybdän, Wolfram, Blei, Mangan, Beryllium, Eisen, Kobalt, Nickel, Platin, Palladium, Osmium, Iridium, Rhenium, Technetium, Rhodium, Ruthenium, Gold, Silber, Kadmium, Kupfer, Zink, Germanium, Arsen, Antimon, Bismut, Bor, Scandium und Metallen aus der Lanthan- und Actinidenreihe und wenn geeignet zumindest ein elektrisch leitender Wirkstoff sein. Dieses kann auf einem Trägerkern aus Pulver, Körnern, Fasern oder anders geformten Gestalten aufgebracht sein. Die Oxide können Mischungen sein, die gesinterte Pulver aus einer Oxyverbindung umfassen. Die Legierung kann eine herkömmliche Legierung oder z.B. Titanborid sein.
In einer bevorzugten Zusammensetzung umfassen die Füllstoffteilchen eine Granulatzusammensetzung, wobei jedes Granulat-Körnchen davon zumindest ein im Wesentlichen nicht leitendes Polymer und zumindest einen elektrisch leitenden Füllstoff umfasst und im Ruhezustand elektrisch isolierend wirkt, jedoch leitend ist, wenn es mechanischer Belastung oder elektrischer Ladung ausgesetzt ist. Solche Granulate sind in der vorhergehend erwähnten WO 99 38173 beschrieben.
Die Füllstoffteilchen umfassen vorzugsweise ein Metall mit einer spitzen, dendritischen und/oder fadenförmigen Struktur. Insbesondere umfasst der leitende Füllstoff von Carbonyl abgeleiteten metallischen Nickel. Bevorzugte Füllstoffteilchen besitzen ein dreidimensionales kettenartiges Netzwerk aus spitzen Perlen, wobei die Ketten im Durchschnitt einen Querschnitt von 2,5 bis 3,5 Micron aufweisen und wenn möglich mehr als 15 – 20 Micron lang sind. Das Polymer ist vorzugsweise ein Elastomer, insbesondere ein Siliconkautschuk, der vorzugsweise einen die Wiederherstellung stärkenden Modifizierer-Füllstoff umfasst.
Stark oder schwach leitfähige Teilchen, insbesondere der bevorzugten Gestalten können in die Hohlräume des Schaums oder des Stoffs gegeben werden und durch Kleben oder mechanischer Beschränkung oder Reibungsbeschränkung, z.B. mit übergroßen Teilchen in etwas kleineren Hohlräumen, in Position gehalten werden. Dies kann durch einfaches mechanisches Zusammendrücken oder durch Suspendieren derselben in einem Fluid erfolgen, das dann durch den Schaum oder den Stoff durchlaufen gelassen wird. Der Schaum oder der Stoff können weiter verarbeitet werden, um zu schrumpfen und einen besseren Eingriff in die Teilchen bereitzustellen. Andere Wege zum Sicherstellen, dass die Granulat-Körnchen im Körper verbleiben, schließen das Kleben oder Überziehen des Films oder der Platte an einer oder mehrerer ihrer Seiten ein, um eine Dichtung auszubilden. Wenn der Film oder die Platte elektrisch leitend ist, stellt sie auch ein Mittel zur ohmschen Verbindung bereit.
Beim Schrumpfverfahren kann die Basisschicht mit Hohlräumen mittels Klebstoffen und der Anwendung von Druck bis diese ausgehärtet sind geschrumpft werden. Ein weiteres Mittel zum Schrumpfen des Basisschicht besteht darin, diese zu erwärmen und Druck anzuwenden. Zahlreiche durch Wärme verformbare Schäume und Stoffe haben sich für diese Art von Behandlung als geeignet erwiesen. Die Fläche, auf die Druck angewendet wird, kann auf Veränderungen im elektrischen Widerstand untersucht werden, um ein gleichmäßiges Produkt sicherzustellen. Das Schrumpfungsausmaß, die Art, Größe, Menge und Morphologie der verwendeten Teilchen sowie die Hohlraumgröße haben ebenfalls eine Auswirkung auf die Druckempfindlichkeit und den Widerstandsbereich des veränderlichen Widerstands. Dielektrische Schichten können auch so ausgebildet werden, indem die Anordnung einer leitenden Schicht über einer nicht leitenden Schicht herangezogen wird, um einen veränderlichen Widerstand mit einer inhärenten dielektrischen Schicht herzustellen.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass Granulate mit einer nicht elastomeren Beschichtung, z.B. ein Epoxidharz, verwendet werden können. Es hat sich gezeigt, dass die elastomere Natur der Basisschicht für das Funktionieren der Erfindung ausreicht, obwohl die Druckempfindlichkeit normalerweise verringert ist und sich die elektrischen Eigenschaften der epoxidbeschichteten Granulate von denen der siliconbeschichteten Granulate unterscheidet.
Während das Zusammendrücken bequem normal zur Ebene eines plattenartigen Körpers durchgeführt werden kann, kann der Körper auch elektrische Leitfähigkeit an seiner Oberfläche aufweisen, z.B. auf der Seite einer abgestuften Struktur, auf der die leitende Polymerzusammensetzung aufgebracht ist, und diese Leitfähigkeit kann durch Druck beeinflusst werden, wenn ein druckempfindliches leitendes Polymer, Pulver oder Granulat verwendet wird. Die andere Seite einer solchen Struktur kann den normalen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, wenn sie nicht während der Herstellung mit einem leitenden oder halbleitenden Füllstoff gefüllt worden ist.
In einem solchen veränderlichen Widerstand, der als eine druckempfindliche Überbrückung über zwei oder mehr in derselben Ebene liegende ohmsche Leiter angeordnet ist, kann eine Erhöhung der Empfindlichkeit dadurch vorgenommen werden, dass die freiliegende Rückseite des Körpers mit einer vollständig leitfähigen Schicht wie eine Metallfolie oder -beschichtung beschichtet wird. Dies fördert die Bildung eines kürzeren Leitwegs durch anstatt über den Körper.
Bei einem bevorzugten variablen Widerstand ist eine extern verbindbare Elektrode so angeordnet, dass sie die Oberfläche des Körpers lediglich berührt, und eine zugehörige Elektrode ist an der Oberfläche des Körpers gegenüberliegend angebracht. Wenn kein Druck auf den Elektroden ist, befindet sich der Körper in einem Ruhezustand und ist nicht leitfähig. Wenn Druck an die Elektroden angelegt wird, leitet der Körper, da die Füllstoffteilchen durch die Hohlräume des Körpers gepresst werden. Das Leiten hört auf, wenn der Druck gelöst wird, und der Körper kehrt in seinen Ruhezustand zurück.
Bei jeder dieser Anordnungen wird der Widerstand, da ein druckempfindliches leitendes Polymer, Pulver oder Granulat als Füllstoff verwendet wird, abehmen, wenn der Druck steigt.
Es können elektrisch leitende Wege in oder auf dem Körper ausgebildet sein, um elektrisches Verbinden mit, von und zwischen Bereichen oder Punkte darauf zu ermöglichen. Die auf eine unbiegsame Unterlage wie ein festes Metall oder ein fester Kunststoff aufgebrachte Last bewirkt eine mechanische Bewegung des Körpers, die durch die relative Unbiegsamkeit der Unterlage begrenzt ist. Bei einer biegsamen Unterlage jedoch, wie z.B. ein biegsamer Kunststoff, Fasermaterial oder Schaum, wird die mechanische Wirkung auf den Körper zudem durch die mechanische Reaktion der Unterlage modifiziert.
Die Verbindungswege ermöglichen das Überwachen von Veränderungen im Widerstand an einer Stelle, die vom Punkt der Anwendung der wirkenden Kraft entfernt ist. Es hat sich herausgestellt, dass ein bequemes Verfahren zur Herstellung von leitenden oder halbleitenden Wegen auf oder innerhalb des Körpers darin besteht, eine Spannung entlang des Pfades des erforderlichen Leitwegs angelegt und aufrechterhalten wird.
Es hat sich gezeigt, dass dies durch eine Vielzahl von Wegen erreicht werden kann:

1. Wenn die Basisstruktur ein vernetzbares Polymer umfasst, kann der Körper in seiner endgültigen Gestalt oder Form ausgebildet werden und eine Spannung kann an die Fläche des während dem Vernetzungsvorgang notwendigen Wegs angelegt werden. Eine solche Spannung kann mechanisch oder elektrisch sein, direkt angelegt oder induziert werden und kann Druck, Wärme, Elektromagnetismus und andere Strahlungsquellen einschließen. Manche dieser Spannungen können selbst eine Vernetzung entlang des erforderlichen Leitwegs herbeiführen, bei manchen muss ein separater Vernetzungsvorgang gleichzeitig mit oder nach der Ausbildung des Leitwegs durchgeführt werden.
2. Nach der Herstellung und Vernetzung kann entlang des erforderlichen Leitwegs eine Dauerspannung erzeugt werden. Dies kann durch Schrumpfenlassen des Wegs mittels einer gebündelten Strahlungsquelle erfolgen. Darauf kann ein mechanisches Zusammendrücken der bestrahlten Wege folgen, um den leitenden Anteil zu verdichten und die endgültige Leitfähigkeit des Wegs zu verbessern.
3. Indem ein Polymer oder ein Kleber, der beim Vernetzen oder Trocknen schrumpft, auf dem oder innerhalb des Körpers angeordnet wird, könnte der darunterliegende Bereich des Körpers leitfähig gemacht werden.
4. Bei Körpern mit Platten kann eine Heft-Naht ausreichend Kraft innerhalb und zwischen den Stichen ausüben, um einen Leitweg zu erzeugen. Dünne Kunststoffschäume, die mit leitenden Granulat-Körnchen beschichtet sind, eignen sich besonders gut als Materialien für diese Ausführungsform der Erfindung, und flexible, berührungsempfindliche Schaltkreise können durch dieses Verfahren hergestellt werden. Der zum Heften verwendete Faden kann ein nicht leitender Standardfaden sein und die Größe und Spannung der Stiche hat eine Auswirkung auf den endgültigen Widerstand des Pfads. Leitendes Material enthaltende Fäden können verwendet werden, wenn Pfaden mit einem sehr geringen Widerstand benötigt werden. Platten mit leitenden Spuren können ausgebildet werden, wobei ein offenzelliger Schaum oder ein anderes Dielektrikum die Platten voneinander entfernt hält, bis ein Arbeitsdruck ausgeübt wird, um die Platten miteinander in Kontakt zu bringen.

Die Erfindung bezieht sich in ihrem dritten Aspekt auf polymere Messmaterialien und insbesondere auf einen Sensor auf Basis der obenstehend beschriebenen spannungsempfindlichen Körpern mit veränderlicher Leitfähigkeit, wobei die Hohlräume für ein leicht bewegliches Fluid zugänglich sind. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Körper die elektrische Eigenschaft durch das Zusammenwirken mit chemischer Spezies, mikrobiologischer Spezies, nuklearen und elektromagnetischen Feldern verändert. Die Veränderung in der elektrischen Eigenschaft ist umkehrbar und kann ein Maß für die Konzentration des Strahlungsflusses bereitstellen.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Sensor für chemische Spezies oder mikrobiologische Spezies oder Strahlung in einem leicht beweglichen Fluid Folgendes:

a) einen Kontaktierkopf, der zumindest einen Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit oder einen veränderlichen Widerstand, wie vorhergehend erwähnt wurde, umfasst und worin die Hohlräume für ein mobiles Fluid zugänglich sind;
(b) Mittel für den Zugang des mobilen Fluids, das eine Probe umfasst, zum Kopf, und
(c) Mittel zum Verbinden des Körpers mit einem Stromkreis, so dass wirksam eine Veränderung der Leitfähigkeit des Körpers gemessen werden kann.

Es ist festzustellen, dass die Verkapselungsphase in der Polymerzusammensetzung des Körpers oder den Granulaten auf der triboleketrischen Reihe stark negativ ist, nicht umgehend Elektronen auf ihrer Oberfläche speichert und der Kopf eines Sensors lässt einen Bereich von Gasen und anderen mobilen Molekülen in den Kopf durchdringen, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des Körpers verändert wird.
Der Kontaktierkopf kann ein Spannungsmittel einschließen, wie z.B. mechanisches, Zusammendrücken oder Dehnen oder eine Quelle für ein elektrisches oder magnetisches Feld, um den Körper auf den Leitfähigkeitswert zu bringen, der für die erforderliche Empfindlichkeit des Sensors geeignet ist.
Der Sensor kann statisches oder dynamisches Berühren ermöglichen. Zum statischen Berühren kann er eine tragbare Einheit sein, die durch Eintauchen des Kopfs in die Probe in einem Behälter verwendet wird. Zum dynamischen Berühren kann er in einem fließenden Probenstrom angeordnet sein oder seine eigenen Zufuhr- und/oder Entladungskanäle sowie wenn möglich Pumpmittel zum Zuführen und/oder Abziehen der Probe einschließen. Ein solches Pumpmittel ist geeigneterweise peristaltisch, wie z.B. bei medizinischen Tests.
In einem Beispiel verändern sich die Eigenschaften des Systems in Echtzeit. Das heißt die Teilchen erfahren unter dem Einfluss eines ungleichmäßigen elektrischen Felds eine elektrophoretische Kraft, die die elektrische Eigenschaft der Polymer-Struktur verändert.
Bei einem bevorzugten Sensor wird der Körper durch ein lineares oder nicht lineares Wechselstromfeld angeregt. Eine Reihe von Verfahren kann verwendet werden, um das gewünschte Signal von Rauschen und Störsignalen zu unterscheiden, wie z.B. Reaktanz, Leitfähigkeit, Signalprofil, Phasenprofil, Frequenz, räumliche und zeitliche Kohärenz.
Bei einem anderen Beispiel wird der Körper durch das Anlegen einer elektrischen Ladung in einem Übergangszustand gehalten. Dann verändert erhöhte Ionisation als Folge der Einwirkung von Kernstrahlung den elektrischen spezifischen Widerstand, die Reaktanz, Impedanz oder andere elektrische Eigenschaften des Systems.
In einem weiteren Beispiel ist ein komplexbildendes Ionophor oder ein anderes Verriegelungs- oder Adsorptionsmaterial in der Polymer-Zusammensetzung enthalten. Solche Materialien schließen Kronenether, Zeolith, feste und flüssige Ionenaustauscher, biologische Antikörper und deren Analoga oder andere analoge Materialien ein. Wenn solche Materialien durch ein Gleichstrom-, lineares Wechselstrom- oder nicht lineares Wechselstromfeld angeregt werden, verändern sie ihre elektrische Eigenschaft in Übereinstimmung mit der Adsorption von Materialien oder dem Kontakt mit Strahlungsquellen. Diese Materialien bieten die Möglichkeit die Bandbreite für adsorbierte Spezies und Selektivität des Systems zu verringern. In einem weiteren Beispiel ist ein Elektrid, das heißt, ein Material in dem das Elektron ein einziges Anion ist – ein typisches Beispiel dafür wäre Zäsium-5-Coronat-5, das durch Eindampfen von Zäsium-Metall über 15-Coronat-5 hergestellt wird – in der Polymer-Zusammensetzung enthalten. Andere Ionophore, Zeolithe und Ionenaustausch materialien können ebenso verwendet werden. Eine solche Zusammensetzung weist eine niedrige Elektronenaustrittsarbeit, üblicherweise 1 Elektronenvolt, auf, so dass sie durch niedrige Gleicht- oder ungleichmäßige Wechselspannungen von isolierender Phase auf leitende Phase geschaltet werden, wobei die Zeitkonstante verringert wird und die Bandbreite für adsorbierte Spezies sowie des Systems vergrößert wird. Solche Materialien können dazu verwendet werden, das Vorhandensein von adsorbierten Materialien oder Strahlungsquellen zu detektieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden detaillierter mit Verweis auf die begleitenden Abbildungen beschrieben, worin:
1 eine Explosions-Ansicht eines veränderlichen Widerstands ist, der ein flexibles oder festes externes Verbindungsmittel aufweist;
2 drei Varianten des in 1 dargestellten Körpers zeigt;
3 zwei veränderliche Widerstände zeigt, die eine Körperkonfiguration und externe Verbindungen aufweisen, die sich von denen in den 1 und 2 unterscheiden; und
4 eine Ansicht zweier veränderlicher Multifunktions-Widerstände in Einzelteilen zeigt.
Ein beliebiger der in den Abbildungen gezeigten veränderlichen Widerstände kann die Basis eines Sensors gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung bilden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
BEISPIEL
Ein Beispiel einer leitfähigen Schaumstruktur für den Körper lautet wie folgt: eine offenzellige Polyether-Schaumplatte mit einer Dicke von 2 mm und einer Zellgröße von 80 ppi (32 Poren pro cm) ist mit Granulat-Körnchen mit Nickel/Silicon-Beschichtung in einer Größe von 75 – 152 Micron gefüllt. Die Granulat-Körnchen wurden durch Beschichten von INCO-Nickelpulver Typ 287 mit ALFAS INDUSTRIES RTV-Silicon Typ A2000 im Verhältnis 8/1 pro Gewichtsanteil mittels Rotationsablation hergestellt. Die Granulat-Körnchen wurden auf Größe gesiebt und in den Schaum gerieben, bis sie an der Unterseite des Schaums aufschienen, was ein Anzeichen für eine korrekte Füllung ist. Der Schaum enthielt 75 mg an Granulat-Körnchen pro cm², was im Durchschnitt 1875 mg/cm³ durch den Schaum nach der Komprimierung und etwa 2500 mg/cm³ in der vollständig geladenen Schicht, die den Körper ausbildet, entspricht.
Der die Granulat-Körnchen enthaltende Schaum wurde zwischen Metallplatten zusammengedrückt und in einem Ofen 30 min lang bei 120 °C erhitzt.
Durch diesen Vorgang wurde eine leicht biegsame druckempfindliche Struktur mit einer Dicke von 0,4 mm hergestellt, die einen Widerstandsbereich von mehr als 10¹² Ohm über die Dicke aufweist und die lediglich durch Fingerdruck proportional auf weniger als ein Ohm nach unten gesteuert werden könnte.
Bezugnehmend auf die Figuren im Allgemeinen beziehen sich die Worte „obere" und „untere" ausschließlich auf die Positionen in den Abbildungen, ohne die Anordnung im Gebrauch einzuschränken. Die kreisförmige Gestalt der Komponenten ist rein illustrativ und andere Gestaltungsformen werden je nach erwünschter Verwendung ausgewählt. Eine rechteckige Gestalt wäre z.B. für einen Kontaktierkopf geeignet, um einen Weg für die Zirkulation einer flüssigen Probe bereitzustellen.
Bezugnehmend auf 1 umfasst der veränderliche Widerstand externe Verbindungsmittel, die Elektroden 10 umfassen, von denen sich externe, nicht dargestellte Verbindungselemente erstrecken. Die Elektroden 10 werden durch den Körper 14, der wie im obigen Beispiel beschrieben wurde aus Nickel/Silicon-beschichtetem Schaum besteht, überbrückt. Die untere Elektrode 10 ist auf der festen Basis 16 gelagert. Die obere Elektrode 10 ist nach unten bewegbar, um den Körper 14 zusammenzudrücken, und zwar unter der Wirkung des im Allgemeinen mit Pfeilen angezeigten Mittels 18 und dazu fähig, über einen Teil der oder die gesamte Fläche der Elektrode 10 zu wirken. Es wäre natürlich auch möglich, das Mittel 18 auch auf die untere Elektrode wirken zu lassen. Die Elektrode 10 kann ein einzelnes Element aus hartem Material wie metallisches Kupfer oder Platin-beschichtetes Messing sein. In diesem Fall kann die Wirkung über einen Teil der Elektrodenfläche z.B. durch schiefes Anlegen des Mittels 18 an die Elektrode 10 oder durch Verwendung eines Körpers 14 mit abgestufter Dicke erfolgen. Alternativ dazu kann die Elektrode 10 biegsam sein, z.B. aus Metallfolie, Metall-beschichtetem Stoff, organisch leitendem Polymer oder in einer bevorzugten Schaltung eine kohärente Beschichtung aus leitfähigem Metall auf der Ober- und/oder Unterfläche des Körpers 14. Eine solche Beschichtung kann durch Aufbringen eines metallreichen Anstrichs wie einem Silberanstrich bereitgestellt werden. Bei dem vorliegenden veränderlichen Widerstand kann der Körper 14 in seiner Struktur auf einem anderen Material basieren, das geeignete Zwischenräume aufweist, wie z.B. ein dick gewobener Polyesterstoff wie Kamm-Twill oder Kammgarn.
Bezugnehmend auf 2 ist die allgemeine Konstruktion des veränderlichen Widerstands dieselbe wird in 1, wobei jedoch drei Varianten des Körpers in den 2a – 2c dargestellt sind.
In der Variante aus 2a enthält der Körper mit dem Bezugszeichen 22 über sein gesamtes Volumen 22 + 24 Kohlenstoff und nur im zentralen Bereich 24 Nickel/Silicon-Granulatkörnchen. Wenn der Schalter im Ruhezustand ist und durch das Mittel 18 keine Spannung angelegt wird, wird das Durchlaufen eines geringen Stroms durch die schwache Leitfähigkeit des Kohlenstoffs zugelassen, wodurch ein „Anfangswiderstand" oder eine „Anfangsleitfähigkeit" bereitgestellt ist. Wenn durch das Mittel 18 Spannung angelegt wird, kommt die hohe Leitfähigkeit der Nickel/Silicon-Zusammensetzung ins Spiel, und zwar in einem Ausmaß, das von der Fläche abhängt, an die die Spannung angelegt wird, sowie von dem Komprimierungsausmaß des Körpers.
Die Varianten der 2b und 2c zeigen Kombinationen des Körpers mit einer passenden Schicht aus nicht leitfähigem oder schwach leitfähigem Material.
In der Variante 2b wird der Körper mit dem Bezugszeichen 34 durch einen oberen Teil eines Blocks aus Schaum oder Stoff mit der Nickel/Silicon-Beschichtung bereitgestellt, wobei der untere Teil eine nicht-leitfähige oder (wie z.B. in 2a) schwach leitfähige Schicht 36 umfasst. Diese Kombination wird durch Aufbringen von Nickel/Silicon als Pulver oder flüssige Suspension vorzugsweise auf eine Seite des Blocks hergestellt. Die Grenze 35 zwischen dem Körper und der Schicht muss nicht genau sein.
In der Variante aus 2c kann der Körper mit dem Bezugszeichen 34 Nickel/Silicon gleichmäßig oder abgestuft tragen, die Schicht mit dem Bezugszeichen 38 ist jedoch ein separates Element und kann im zusammengebauten Schalter am Körper 34 angeklebt sein oder mechanisch mit diesem in Kontakt gehalten werden. Dies weist gegenüber 2b den Vorteil auf, dass die Schicht vom Körper strukturell unterschiedlich sein kann, wie z.B.:

Körper 34 Schicht 38

zusammengedrückter Schaum nicht zusammengedrückter Schaum

.. Gewebe

.. Netz

zusammengedrückter Stoff nicht zusammengedrückter Stoff
Bezugnehmend auf 3a und 3b umfasst der Körper ein Stück 314 aus Schaum, das Nickel/Silicon enthält und darin eingebettete externe Verbindungsleiter 313 aufweist. Der Körper kann leitfähig gemacht werden, indem ein Bereich zwischen den Leitern 313 durch eine Abwärtswirkung des Schuhelements 316 zusammengedrückt wird, welcher ein schräges unteres Ende aufweisen kann, so dass seine Wirkungsfläche auf den Körper vom Ausmaß seiner Abwärtsbewegung abhängt. Statt dessen oder zusätzlich dazu kann das Schuhelement 316 eine Vielzahl von Elementen umfassen, die einzeln steuerbar sind, um eine erwünschte gesamte Wirkungsfläche auszubilden. In einem verkleinerten veränderlichen Widerstand kann der Schuh 316 eine Punktmatrix oder ein piezoelektrischer Mechanismus sein. Die eingebetteten Leiter können aus einem ohmschen Material bestehen oder können Spuren aus Metall/Polymer-Zusammensetzungen, wie z.B. Nickel/Silicon, sein, die durch lokale Komprimierung mittels z.B. Schrumpfung oder Heften permanent leitfähig gemacht sind. Wenn die eingebetteten Leiter durch örtliches Zusammendrücken hergestellt sind, kann dies in einer relativ dünnen Platte aus Körpermaterial umgesetzt werden, während eine weitere Platte aus Körpermaterial um die dünnen Platte geschichtet werden kann.
Ein veränderlicher Widerstand wie in 3a kann, wenn er als Sensor gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung verwendet wird, problemlos Teil eines statischen Systems bilden, in dem er in eine flüssige Probe eingetaucht ist, und kann auch in einem Strömungssystem verwendet werden.
Der veränderliche Widerstand in 3b ist eine Kombination, die die Mechanismen aus 1 und 3a verwendet. Er ist empfindlicher als der veränderliche Widerstand in 3a. Wenn bei 18 Kompression ausgeübt wird, kann das Leiten zwischen den Leitern 313 auch über die Elektrode 10 stattfinden.
Bezugnehmend auf 4 zeigt 4a einen veränderlichen Widerstand, der effektiv aus zwei veränderlichen Widerständen der 1 Rücken an Rücken besteht. Die Anordnung von zwei veränderlichen Widerstandsausgängen von einem einzigen Einang kann wesentlich kompakter durchgeführt werden als bei herkömmlichen veränderlichen Widerstandskomponenten. Die Kombination aus 4a kann, wenn sie in einem Sensor verwendet wird, nebeneinander eine Messablesung und eine Nullablesung bereitstellen. 4b zeigt eine Anordnung, in der zwei getrennte veränderliche Widerstände wie in 1 durch das Stück 20 voneinander elektrisch isoliert sind. In den 4a und 4b können die Varianten der 2 und 3 verwendet werden.
Solche Kombinationen sind Beispiele eines kompakten multifunktionalen Steuerungsmittels, das neue Möglichkeiten in der Gestaltung von elektrischen Geräten bereitstellt. In einem einfachen Beispiel könnte die Anordnung aus 4b einen Ein/Aus-Schalter und eine Volumenssteuerung bereitstellen, die durch einen einzigen Knopf betätigt werden.

Claims

Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit, umfassend eine zusammendrückbare Basisschicht (14; 22, 24; 34–36; 34, 38; 314) aus einem Polymermaterial, das isolierend oder schwach leitfähig ist, und leitfähige Füllstoffteilchen aus Metall, einer Legierung oder reduziertem Metalloxid, wobei der Körper im Ruhezustand einen ersten Grad elektrischer Leitfähigkeit aufweist und auf einen zweiten Grad elektrischer Leitfähigkeit gebracht werden kann, indem eine Spannungsänderung durch Dehnen, Komprimieren oder ein elektrisches Feld aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht Hohlräume aufweist, durch die der Körper porös gemacht wird, wobei die Hohlräume die leitfähigen Füllstoffteilchen enthalten.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach Anspruch 1, worin die Hohlräume für ein leicht bewegliches Fluid zugänglich sind.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach Anspruch 2, worin die Basisschicht aus einem Schaum, Netz, einer Gaze, einer Matte oder einem Stoff und Kombinationen aus 2 oder mehreren davon ausgewählt ist.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach Anspruch 3, der das Produkt des Füllens eines offenporigen Polymerschaums mit leitfähigen Füllstoffteilchen und des Zusammendrückens des beladenen Schaums mit einem Faktor im Bereich von 2 bis 8, bezogen auf das Volumen, ist, wodurch er aber zu einer weiteren Kompression fähig bleibt.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer plattenartigen Konfiguration mit einer Dicke von 0,1 bis 5,0 mm.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Konzentration der leitfähigen Füllstoffteilchen im Körper abgestuft ist.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin zumindest die Basisschicht aufgrund eines Gehalts an fein verteiltem Kohlenstoff schwach leitfähig ist.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der leitfähige Füllstoff in Form eines an Leitern reichen Granulats vorliegt, das jeweils die leitfähigen Füllstoffteilchen aus Metall, einer Legierung oder reduziertem Metalloxid umfasst, die mit zumindest einem im Wesentlichen nicht leitfähigen Polymer beschichtet sind, und wobei jedes Granulat-Körnchen im Ruhezustand elektrisch isolierend ist, aber leitfähig ist, wenn es mechanischer Spannung oder elektrisch induzierter Ladung ausgesetzt wird.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach Anspruch 8, worin das nicht leitfähige Polymer ein Siliconkautschuk ist.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die leitfähigen Füllstoffteilchen eine spitze, dendritische und/oder fadenförmige Gestalt aufweisen.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach Anspruch 10, worin die Füllstoffteilchen von Carbonyl abgeleiteten metallischen Nickel umfassen.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Basisschicht eine Schicht (36, 38) aus einem isolierenden oder schwach leitfähigen Material umfasst, die Hohlräume enthält aber frei von leitfähigen Füllstoffteilchen ist.
Veränderlicher elektrischer Widerstand, der extern verbindbare Elektroden (10, 313) umfasst, die durch einen Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche überbrückt sind.
Veränderlicher elektrischer Widerstand nach Anspruch 13, der Mittel umfasst, die wirksam sind, um a) eine die Leitfähigkeit erhöhende Spannung zuzuführen (18; 316) und/oder b) solch eine Spannung umzukehren oder gegen eine vorher existierende Spannung auf den Bereich des Körpers, der die Elektroden überbrückt, zu wirken.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach Anspruch 13 oder 14, der eine externe Verbindung mittels zumindest eines lokalisierten Bereiches des Körpers umfasst, der vorher einer Spannung zur Erhöhung der Leitfähigkeit ausgesetzt wurde.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach Anspruch 15, worin der Körper in Form einer Platte vorliegt und der vorher einer Spannung ausgesetzte Bereich durch eine Heft-Naht bereitgestellt ist.
Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der Ansprüche 13 bis 16 mit extern verbindbaren Überbrückungs-Elektroden (313), die in den Körper eingebettet sind.
Mehrere veränderliche Widerstände nach einem der Ansprüche 13 bis 17, die übereinander geschichtet sind, separat elektrisch verbunden sind und durch ein einzelnes mechanisches Spannungsmittel angeregt werden.
Mehrere veränderliche Widerstände nach Anspruch 18, die Isoliermittel (20) umfassen, so dass die Widerstände elektrisch voneinander isoliert sind.
Sensor für chemische oder mikrobiologische Spezies oder Strahlung in einem mobilen Fluid, Folgendes umfassend: (a) einen Kontaktierkopf, der zumindest einen Körper mit veränderlicher Leitfähigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einen veränderlichen Widerstand nach einem der Ansprüche 13 bis 19 umfasst, (b) Mittel für den Zugang des mobilen Fluids, das eine Probe umfasst, zum Kopf, und (c) Mittel (10, 313) zum Verbinden des Körpers mit einem Stromkreis, so dass wirksam eine Veränderung der Leitfähigkeit des Körpers gemessen werden kann.
Sensor nach Anspruch 20, worin der Kontaktierkopf Spannungsmittel umfasst, um den Körper auf einen Leitfähigkeitsgrad zu bringen, der für die gewünschte Empfindlichkeit des Sensors geeignet ist.
Stromkreis, der einen Sensor nach Anspruch 20 oder 21, eine Wechselstromquelle und wirksame Mittel zur Unterscheidung des gewünschten Signals von Rauschen und von Störsignalen umfasst.
Verfahren zum Detektieren und/oder Bewerten chemischer Spezies, mikrobiologischer Spezies oder elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines Sensors nach Anspruch 20 oder 21.