WO2004114424A1 - Piezoelectric component comprising electric connection elements and use of said component - Google Patents

Piezoelectric component comprising electric connection elements and use of said component Download PDF

Info

Publication number
WO2004114424A1
WO2004114424A1 PCT/EP2004/050767 EP2004050767W WO2004114424A1 WO 2004114424 A1 WO2004114424 A1 WO 2004114424A1 EP 2004050767 W EP2004050767 W EP 2004050767W WO 2004114424 A1 WO2004114424 A1 WO 2004114424A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon nanotubes
actuator body
piezoelectric component
piezoelectric
electrode layers
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/050767
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Carsten Schuh
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2004114424A1 publication Critical patent/WO2004114424A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
    • F16K31/007—Piezo-electric stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877—Conductive materials
    • H10N30/878—Conductive materials the principal material being non-metallic, e.g. oxide or carbon based
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • Piezoelectric component with electrical connection elements and use of the component
  • the invention relates to a piezoelectric component with at least one piezo element, which has at least two electrode layers arranged one above the other and at least one piezoelectric layer arranged between the electrode layers, and with at least two electrical connection elements for electrically controlling the electrode layers of the piezo element, at least one of the connection elements being carbon fibers having.
  • the piezoelectric layer and the electrode layers of the piezo element are connected to one another in such a way that an electrical field is coupled into the piezoelectric layer by means of an electrical control of the electrode layers. Due to the injected electric field, the piezoelectric layer is deflected and thus the piezo element is deflected.
  • the use of the component is specified.
  • the piezoelectric component is, for example, a piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator consists, for example, of a multiplicity of stacked piezo elements.
  • a piezo actuator with an actuator body in a monolithic multilayer construction can be seen, for example, from US Pat. No. 6,236,146 B1.
  • a multiplicity of electrode layers, which are referred to as internal electrodes, and piezoelectric layers made of a piezo ceramic are alternately stacked on top of one another and sintered together to form the monolithic actuator body.
  • adjacent electrode layers are alternately guided on two lateral surface sections of the actuator body that are electrically insulated from one another. On These surface sections each have a strip-shaped metallization.
  • each of the piezo elements is piezoelectrically inactive. Due to the alternating guidance of the electrode layers to the surface sections, an electrical field is coupled into a piezoelectrically inactive region of the piezoceramic layer, which field differs significantly from the electrical field which is coupled into a piezoelectrically active region of the piezoceramic layer.
  • the piezoelectrically active area of the piezoceramic layer is located between the electrode layers of the piezo element.
  • connection element in the form of a flexible, electrical contact tab is attached to each of the metallizations in the known piezo actuator.
  • the contact tab is, for example, a metal foil made of copper.
  • the contact lug is attached to a metallization of the actuator body via one of its edges along a height of the actuator such that one of the
  • Actuator body protruding area of the contact tab remains.
  • the contact flag is attached so that it fits into the Metallization-extending polarity crack can spread into the contact tab.
  • the contact lug is designed in such a way that the formation of cracks in the contact lug comes to a standstill.
  • a polarity crack can therefore be bridged electrically by the contact tab.
  • This ensures that the electrode layers of the actuator body remain in electrical contact despite the occurrence of a polarity crack.
  • the known piezo actuator is used, for example, to control an injection valve of an engine of a motor vehicle.
  • the automotive industry requires a number of cycles of over 10 0 for this application.
  • the activation of the electrode layers leads to expansion and contraction of the actuator body within one cycle.
  • the wire mesh consists, for example, of steel wires, which have a high elasticity or resilience.
  • the wire mesh can consist of carbon fibers. These carbon fibers are characterized by good electrical conductivity with low material fatigue in continuous operation.
  • carbon fibers are presented in the form of carbon nanotubes. Such carbon fibers have a tube diameter in the nanometer range.
  • the carbon nanotubes are characterized by high electrical conductivity, high thermal conductivity and high elasticity and thus flexibility.
  • the object of the present invention is to provide a piezo actuator which has a connection element for making electrical contact with the electrode layers of the actuator body which is more reliable than the known prior art.
  • a piezoelectric component with at least one piezo element which has at least two electrode layers arranged one above the other and at least one piezoelectric layer arranged between the electrode layers, and with at least two electrical connection elements for electrically controlling the electrode layers of the piezo element, at least one of the connection elements being specified has carbon fibers.
  • the piezoelectric component is characterized in that the carbon fibers have carbon nanotubes.
  • the carbon nanotubes have a tube diameter that ranges from a few n up to 100 nm.
  • a tube length of the carbon nanotubes can be up to several mm.
  • the carbon nanotubes are available as single-walled nanotubes (SWNTs) or multi-walled nanotubes (multi-walled nanotubes, MWNTs).
  • the carbon nanotubes have an electrical conductivity that is comparable to that of metals. In addition, they are characterized by very high elasticity. As a result, a flexible electrical connection element with a high current carrying capacity is accessible with the help of the carbon nanotubes. Despite the deflection of the piezo element and the mechanical stress caused on the connection element, the Carbon nanotubes ensure reliable contacting of the electrode layers of the piezo element.
  • the carbon nanotubes can be isolated. It is also conceivable that the carbon nanotubes are connected to one another to form at least one fiber bundle.
  • the fiber bundle consists of several individual carbon nanotubes.
  • the carbon nanotubes are essentially aligned along a common preferred direction and connected to one another with the aid of a connecting means.
  • the connecting means is, for example, a wrapping or a covering of the carbon nanotubes.
  • the carbon nanotubes are connected to one another to form a fiber fabric.
  • the carbon nanotubes or fiber bundles from the carbon nanotubes are interwoven or interwoven.
  • the fiber fabric is a fleece made of carbon nanotubes.
  • the fiber fabric like the carbon nanotubes themselves, is characterized by a high elasticity or flexibility. Since the carbon nanotubes touch each other in the fiber fabric, electrical contact is ensured across the fiber fabric.
  • connection element has a composite material which, together with the carbon nanotubes, forms a composite material.
  • the composite material acts as a matrix in which the carbon nanotubes are embedded.
  • the composite material can also be embedded in the cavities of the carbon nanotubes. On In this way, the electrical and mechanical properties of the carbon nanotubes and thus the electrical and mechanical properties of the composite material can be influenced.
  • the carbon nanotubes are particularly suitable for use in one
  • Carbon nanotubes and composite material are affected.
  • the composite material can be an electrically conductive or an electrically non-conductive material.
  • the carbon nanotubes are embedded in a flexible, electrically conductive film made of a metal.
  • the composite material consists of the metal and the carbon nanotubes.
  • the metal forms a matrix for the carbon nanotubes.
  • the metal foil is a copper foil.
  • a copper foil Such a film can be produced from a fiber fabric made of carbon nanotubes by electrochemical deposition of copper on the carbon nanotubes.
  • carbon nanotubes or a fiber fabric from the carbon nanotubes can be placed on a plastic carrier film.
  • the metal is then deposited on the carbon nanotubes in a vapor deposition process, for example CVD (Chemical Vapor Deposition) or PVD (Physical Vapor Deposition).
  • the matrix is formed from the metal.
  • the composite material can also be a dielectric.
  • the dielectric is, for example, an electrically insulating plastic. This plastic forms a polymer matrix in which the carbon nanotubes are embedded.
  • the composite material consists of the plastic and the
  • Carbon nanotubes In order to ensure the electrical conductivity of the composite material, a correspondingly high degree of fullness of the carbon nanotubes in the plastic is necessary. The degree of fullness of the carbon nanotubes is chosen so high that a so-called percolation limit is reached or exceeded. The carbon nanotubes touch each other at the percolation limit. This ensures the electrical conductivity from carbon nanotubes to carbon nanotubes and thus across the entire composite.
  • the plastic can be any thermoplastic or thermosetting plastic.
  • the plastic is preferably an elastomeric plastic.
  • the elastomeric plastic for example a silicone elastomer, is characterized by high elasticity or flexibility.
  • the piezo element has, for example, a square or rectangular one
  • the side surface section can be located at a corner of the piezo element. This Surface section can also extend along an entire lateral extent of the piezo element. It is also conceivable that the surface section is formed by almost an entire side of the piezo element.
  • the electrical connection element is fastened to the surface section of the piezo element with an electrically conductive connecting means.
  • This electrically conductive connection means is, for example, a conductive adhesive.
  • the connection element is glued to the surface section using the conductive adhesive.
  • the conductive adhesive has an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material is in the form of beads, for example. The size and density of the beads is selected so that electrical contacting with a necessary current carrying capacity is ensured.
  • the conductive adhesive is suitable for fastening a connection element with a fiber fabric made of the carbon nanotubes or with a composite material made of a plastic and the carbon nanotubes.
  • connection element with a composite material made of a metal and the carbon nanotubes, it is advisable to use a solder as the electrically conductive connecting means.
  • the connection element is soldered to the surface section of the actuator body.
  • the piezoelectric component is, for example, a piezoelectric bending transducer.
  • the bending transducer is, for example, a so-called bimorph bending transducer.
  • the bending transducer can be constructed from several piezo elements.
  • the piezoelectric layers can consist of piezoelectric plastic, for example polyvinylidene fluoride (PVDF), or piezoelectric ceramic, for example lead zirconate titanate (Pb (Ti, Zr) 0 3 , PZT).
  • the piezoelectric component is a multilayer actuator, in which a multiplicity of piezo elements are arranged to form a stack-shaped actuator body with a stacking direction.
  • the actuator body can consist of piezo elements glued together.
  • the piezoelectric layers of the piezo elements consist, for example, of a piezoelectric plastic.
  • the actuator body is preferably produced in a monolithic multilayer construction.
  • the piezoelectric layers consist of a piezoceramic.
  • the piezoceramic is, for example, a lead zirconate titanate.
  • An electrode material of the electrode layers is, for example, a silver-palladium alloy.
  • ceramic green foils are used with the
  • Piezoceramic and electrode layers made of the electrically conductive material are alternately stacked and sintered together. It is also conceivable to stack ceramic green foils printed with electrode material.
  • the piezo elements are arranged in relation to the stack-shaped actuator such that adjacent piezo elements have a common electrode layer, the electrode layers of the piezo elements in the stacking direction of the actuator body are alternately guided on at least two lateral surface sections of the actuator body that are electrically insulated from one another and at least one of the surface sections of the Actuator body is electrically conductively connected to an electrical connection element with carbon fibers.
  • polarity cracks can occur in such an actuator body.
  • the electrical control of the electrode layers leads to particularly large deflections at the polarity cracks.
  • the electrical connection element is subjected to high mechanical loads. It is therefore particularly advantageous to control the electrode layers of the actuator body with the electrical connection element with the flexible carbon nanotubes use.
  • the use of a fiber fabric made of the carbon nanotubes is particularly advantageous here. The fiber fabric contributes to increased flexibility of the connection element.
  • connection element with simultaneously efficient electrical contacting is achieved in that at least some of the carbon nanotubes of the connection element are oriented essentially transversely to the stacking direction of the actuator body.
  • the carbon nanotubes aligned transversely to the stacking direction are electrically contacted, for example, by a metal pin aligned parallel to the stacking direction and connected to the carbon nanotubes.
  • the carbon nanotubes are aligned in a plastic that has not yet or only partially crosslinked and has a correspondingly low viscosity. Alignment of the carbon nanotubes in the plastic that has not yet been crosslinked is done mechanically, for example, with the aid of a comb. After alignment, the plastic is cross-linked.
  • a matrix is formed from the plastic, in which the carbon nanotubes are aligned essentially parallel to one another along a common preferred direction. This essentially means that there is a distribution around the common preferred direction with regard to the alignment.
  • the surface section which is electrically conductively connected to the electrical connection element with the carbon nanotubes has a metallization applied to the actuator body.
  • the metallization that consists of several
  • Layers with different material can exist on the side of the actuator body at least over a height of applied to the electrode layers to be contacted.
  • the metallization ensures that the electrode layers guided on the surface section are connected in parallel.
  • the electrical connection element is attached to the metallization in an electrically conductive manner.
  • the metallization is in the form of a relatively narrow metallization strip.
  • the lateral surface section of the actuator body to be contacted can, however, also extend over almost the entire lateral surface of the actuator body.
  • the metallization is applied over a large area to the side of the actuator body. It makes sense to connect the electrical connection element electrically and mechanically to the metallization over a large area.
  • a fiber fabric made of the carbon nanotubes is glued onto the metallization over a large area.
  • a large-area electrical contact via the carbon nanotubes leads to another advantage: Due to the high thermal conductivity of the carbon nanotubes, the electrical connection element can also be used as a
  • Temperature control body act. By driving the electrode layers, the piezoelectric layer is deflected. The electrical energy fed in is partially lost in the form of heat (loss heat).
  • the piezo actuator with a monolithic actuator body used in an injection valve is controlled with a high repetition rate. Due to the resulting relatively high heat loss, the piezo actuator can heat up undesirably. However, the heat loss can be efficiently dissipated through the electrical connection element with the carbon nanotubes.
  • the connection element is thermal with any heat sink conductively connected. The likelihood of undesired heating of the piezoelectric component, for example heating above the Curie temperature of the piezoelectric material of the piezoelectric layer, is significantly reduced.
  • the electrical connection element with the carbon nanotubes is an electrical contact tab, which is connected to the surface section of the actuator body such that a region of the contact tab projecting from the actuator body remains.
  • a contact tab is, for example, electrically conductively connected to the electrode layers of the actuator body via one of its edges by means of the relatively narrow metallization path described above.
  • the contact tab can only consist of carbon nanotubes or a fiber fabric made of the carbon nanotubes.
  • a contact flag with a metal foil is also conceivable.
  • the metal foil is, for example, a copper foil.
  • a film thickness is advantageously 50 ⁇ m and less. For example, the film thickness is 25 ⁇ m.
  • the carbon nanotubes can be applied to this metal foil.
  • the metal foil can also consist of a composite material made of a metal and the carbon nanotubes.
  • the contact tab is preferably multilayered.
  • the contact tab consists of several layers. At least one of the layers is electrically conductive.
  • This electrically conductive layer is formed by the carbon nanotubes, a fiber fabric with the carbon nanotubes or a metal foil with the carbon nanotubes.
  • An electrically conductive layer with an electrically conductive composite material made of a plastic and the carbon nanotubes is also conceivable.
  • the electrically conductive Layer of the multilayer contact tab is applied to an electrically non-conductive layer, for example a layer made of an electrically insulating plastic.
  • the electrically insulating layer can function as a carrier layer for the electrically conductive layer.
  • the layer with the carbon nanotubes can also be embedded between two layers made of an electrically insulating plastic.
  • connection element for example a bonding wire
  • connection element in the form of a contact lug the protruding region of the contact lug is connected to a rigid electrical connection for the electrical contacting of the connection element.
  • the rigid electrical connection is, for example, a metal pin.
  • the piezo actuator is supplied with electrical voltage via the rigid electrical connection. Mechanical stresses can occur precisely between the rigid connection and the actuator body due to the deflection of the actuator body. The flexible carbon nanotubes ensure that these mechanical stresses in the electrical connection element are largely reduced.
  • the piezoelectric component in particular the piezoelectric component in the form of the piezo actuator with a monolithic actuator body, is used to actuate a valve, in particular an injection valve of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is, for example, an engine of a passenger car.
  • the carbon nanotubes lead to a flexible, stretchable electrical connection element of a piezoelectric component.
  • the piezoelectric component is characterized by high reliability.
  • a piezo actuator with an actuator body in a monolithic multilayer construction for example, in the case of a piezo actuator with an actuator body in a monolithic multilayer construction
  • the electrical connection element is suitable for efficient cooling of the piezoelectric component.
  • Figure 1 shows a piezoelectric component in the form of a piezo actuator with an actuator body in monolithic
  • FIG. 2 shows a further piezoelectric component in the form of a piezo actuator with a further actuator body in a monolithic multilayer construction from the side.
  • FIG. 3 shows a piezo element of a piezoelectric component in a lateral cross section.
  • FIGS. 4A and 4B each show a green foil with piezoceramic printed with electrode material from above, which are used to produce the actuator bodies according to FIGS. 1 and 2.
  • FIGS. 5A to 5C show different embodiments of the connection element in the form of an electrical one
  • Figure 6 shows a section of a carbon nanotube from the side.
  • FIG. 7 shows a fiber fabric made of carbon nanotubes.
  • the piezoelectric component 1 is a piezo actuator with an actuator body 20 in a monolithic multilayer construction with a square base area (FIGS. 1 and 2).
  • a multiplicity of piezo elements 10 are stacked one above the other along the stacking direction 21 and firmly connected.
  • a piezo element 10 consists of a piezoelectric layer 13 made of a piezo ceramic (FIG. 3).
  • the piezoceramic is a lead zirconate titanate.
  • the piezoelectric layer 13 is located between an electrode layer 11 and a further electrode layer 12 of the piezo element 10.
  • the electrode material of the electrode layers 11 and 12 is a silver-palladium alloy.
  • the electrode layers 11 and 12 are arranged on the main surfaces of the piezoelectric layer 13 in such a way that the
  • Electrode layers 11 and 12 an electric field is generated in the piezoelectric layer 13, so that the piezoelectric layer 13 is deflected and thus the piezo element 10 is deflected.
  • the electrode layers 11 and 12 are guided on two surface sections 14 and 15 which are electrically insulated from one another. At these points, the two electrode layers 11 and 12 each have an electrical one (not shown in FIG. 3)
  • each piezo element 10 has a piezoelectrically active region 16 and at least two piezoelectrically inactive regions 17.
  • a relatively high, absolute stroke along the stacking direction 21 of the actuator body 20 can be achieved with a relatively low control voltage.
  • Adjacent piezo elements 10 each have a common electrode layer, so that in the actuator body 20
  • Electrode layers 22, 23 and piezoelectric layers 24 are arranged alternately one above the other.
  • green ceramic foils 50 which are printed with electrode material 51 (FIGS. 4A and 4B), are stacked one above the other and sintered together.
  • the actuator body 20 is produced in a monolithic multilayer construction.
  • the electrode layers 22 and 23 of the actuator body 20 are on two electrically insulated, lateral ones
  • the surface sections 25 and 26 guided. According to a first embodiment, the surface sections 25 and 26 are located at the corners of the actuator body 20 (FIG. 1). To produce such an actuator body 20, ceramic green foils with square base areas are used, each of which is free of electrode material 51 at one corner 52 (FIG. 4A). Extend according to a second embodiment the surface sections 25 and 26 over two sides of the actuator body 20 ( Figure 2). Ceramic green foils 50, which are free of electrode material 51 along one of their edges 53, are used to produce this actuator body 20.
  • a metallization 27 and 28 is attached to each of the two surface sections 25 and 26, so that the electrode layers 23 and 24 are alternately electrically contacted.
  • the metallization is applied over a large area on almost the entire sides of the actuator body 20, which form the surface sections 25 and 26 to be contacted ,
  • An electrical connection element 30 or 31 with carbon nanotubes 33 is electrically and mechanically contacted to the metallizations.
  • the average tube diameter 34 of the carbon nanotubes 33 is a few nm.
  • a tube length of the carbon nanotubes is a few mm.
  • the piezo actuator 1 has an actuator body 20 according to the first embodiment (FIG. 1).
  • the electrical connection element 30 and the further electrical connection element 31 are each an electrical contact lug 35. These contact lugs are arranged between rigid electrical connections in the form of metal pins 41 and 42 and the respective metallization 27 and 28. Each of the contact lugs 35 is connected via one of its edges to the corresponding metallization 27 and 28 in such a way that an area 36 protruding from the actuator body 20 is present.
  • Each of the contact tabs 35 consists of a fiber fabric 37 made of carbon nanotubes 33. The fiber fabric 37 is both on the metallization 27 or 28 applied to the respective surface section 25 or 26 and on the respective rigid metal pin 41 or 42 with the aid of a conductive adhesive 29 glued.
  • each of the contact lugs 35 of the electrical connection element 30 or 31 consists of a copper foil 351 (FIG. 5A) with a foil thickness of approximately 25 ⁇ m.
  • Carbon nanotubes 33 are arranged on this copper foil 351 in such a way that the carbon nanotubes 33 are aligned essentially transversely to the stacking direction 21 of the actuator body 20 after the contact tab 35 has been attached to the actuator body 20.
  • the copper foil 351 is electrically and mechanically conductively connected with the aid of solder 29 both to the respective surface section 25 or 26 and to the rigid metal pin 41 or 42.
  • Example 3 The contact tabs 35 of the connection elements 30 and 31 are each copper foils in which carbon nanotubes 33 are embedded.
  • the copper foil consists of a composite material made of copper and the carbon nanotubes. This composite material is produced on the basis of a fiber fabric 37 made of carbon nanotubes 33 by electrochemical deposition of copper.
  • connection elements 30 and 31 each have a multilayer contact tab 35.
  • Plastic film 352 On an electrically insulating layer that acts as a carrier layer Plastic film 352 has an electrically conductive layer 353 applied with carbon nanotubes 33 (FIG. 5B). In an alternative to this, the electrically conductive layer 353 is located between two plastic films 352 (FIG. 5C). These contact tabs 35 are glued to the metallization 27 and 28 with the aid of a conductive adhesive 29.
  • Example 5 The piezo actuator 1 has an actuator body 20 according to the second embodiment (FIG. 2).
  • the surface sections 25 and 26 to be contacted extend along two sides of the actuator body 20.
  • the connection elements 30 and 31 are attached to the large-area metallizations 27 and 28 of the surface sections 25 and 26.
  • Connection elements 30 and 31 each have a fiber fabric 37 made of carbon nanotubes 33.
  • the connection elements 30 and 31 are glued to the metallization 27 and 28 with the aid of a conductive adhesive 29.
  • each of the connection elements 30 and 31 consists of a composite material which is formed from a plastic and carbon nanotubes 33.
  • the plastic of the composite material is a silicone elastomer plastic.
  • the composite material is largely glued to the respective metallization with the aid of a conductive adhesive 29.

Abstract

The invention relates to a piezoelectric component (1) provided with at least one piezoelectric element (10) comprising at least two electrode layers (11, 12, 22, 23) and at least one piezoelectric layer (13, 24) located between the electrode layers, in addition to at least two electric connection elements (30, 31) for electrically controlling the electrode layers of the piezoelectric element, at least one of said connection elements containing carbon fibres. Said carbon fibres comprise carbon nanotubes (33), which are characterised by high electrical conductivity and high elasticity, resulting in a flexible connection element. In particular, the piezoelectric component is a piezoelectric actuator with a monolithic multi-layer actuator body (20). The flexible connection element enables polarity flaws of the actuator body to be reliably short-circuited. Cycle numbers in excess of 109 are thus possible, enabling the piezoactuator to be used in the automotive industry to actuate the injection valve of a motor.

Description

Beschreibungdescription
Piezoelektrisches Bauteil mit elektrischen Änschlusselementen und Verwendung des BauteilsPiezoelectric component with electrical connection elements and use of the component
Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Bauteil mit mindestens einem Piezoelement, das mindestens zwei übereinander angeordnete Elektrodenschichten und mindestens eine zwischen den Elektrodenschichten angeordnete piezoelektrische Schicht aufweist, und mit mindestens zwei elektrischen Anschlusselementen zur elektrischen Ansteuerung der Elektrodenschichten des Piezoelements, wobei mindestens eines der Anschlusselemente Kohlenstoff-Fasern aufweist. Die piezoelektrische Schicht und die Elektrodenschichten des Piezoelements sind derart miteinander verbunden, dass durch eine elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten ein elektrisches Feld in die piezoelektrische Schicht eingekoppelt wird. Aufgrund des eingekoppelten elektrischen Feldes kommt es zur Auslenkung der piezoelektrischen Schicht und damit zur Auslenkung des Piezoelements. Neben dem Bauteil wird eine Verwendung des Bauteils angegeben.The invention relates to a piezoelectric component with at least one piezo element, which has at least two electrode layers arranged one above the other and at least one piezoelectric layer arranged between the electrode layers, and with at least two electrical connection elements for electrically controlling the electrode layers of the piezo element, at least one of the connection elements being carbon fibers having. The piezoelectric layer and the electrode layers of the piezo element are connected to one another in such a way that an electrical field is coupled into the piezoelectric layer by means of an electrical control of the electrode layers. Due to the injected electric field, the piezoelectric layer is deflected and thus the piezo element is deflected. In addition to the component, the use of the component is specified.
Das piezoelektrische Bauteil ist beispielsweise ein piezoelektrischer Aktor. Der piezoelektrische Aktor besteht beispielsweise aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten Piezoelementen. Ein Piezoaktor mit einem Aktorkörper in monolithischer Vielschichtbauweise geht beispielsweise aus der US 6 236 146 Bl hervor. Bei dem Piezoaktor ist eine Vielzahl von Elektrodenschichten, die als Innenelektroden bezeichnet werden, und piezoelektrischen Schichten aus einer Piezokeramik abwechselnd übereinander gestapelt und gemeinsam zu dem monolithischen Aktorkörper gesintert. Zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenschichten sind benachbarte Elektrodenschichten abwechselnd an zwei elektrisch voneinander isolierte, seitliche Oberflächenabschnitte des Aktorkörpers geführt. An diesen Oberflächenabschnitten weist der Aktorkörper jeweils eine streifenförmige Metallisierung auf.The piezoelectric component is, for example, a piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator consists, for example, of a multiplicity of stacked piezo elements. A piezo actuator with an actuator body in a monolithic multilayer construction can be seen, for example, from US Pat. No. 6,236,146 B1. In the piezo actuator, a multiplicity of electrode layers, which are referred to as internal electrodes, and piezoelectric layers made of a piezo ceramic are alternately stacked on top of one another and sintered together to form the monolithic actuator body. To make electrical contact with the electrode layers, adjacent electrode layers are alternately guided on two lateral surface sections of the actuator body that are electrically insulated from one another. On These surface sections each have a strip-shaped metallization.
Im Bereich der beschriebenen Oberflächenabschnitte ist jedes der Piezoelemente piezoelektrisch inaktiv. Aufgrund der abwechselnden Führung der Elektrodenschichten an die Oberflächenabschnitte wird in einen piezoelektrisch inaktiven Bereich der Piezokeramikschicht ein elektrisches Feld eingekoppelt, das sich deutlich von dem elektrischen Feld unterscheidet, das in einen piezoelektrisch aktiven Bereich der Piezokeramikschicht eingekoppelt wird. Der piezoelektrisch aktive Bereich der Piezokeramikschicht befindet sich zwischen den Elektrodenschichten des Piezoelements. Bei der elektrischen Ansteuerung der Elektrodenschichten, also beim Polarisieren und/oder im Betrieb des Piezoaktors, kommt es aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Felder zu unterschiedlichen Auslenkungen der Piezokeramikschicht im piezoelektrisch aktiven Bereich und im piezoelektrisch inaktiven Bereich. Als Folge davon treten mechanische Spannungen im Piezoelement auf, die zu einem sogenannten Polungsriss quer zur Stapelrichtung führen können. Dieser Polungsriss kann sich in die an dem Oberflächenabschnitt des Aktorkörpers angebrachte Metallisierung fortsetzen. Dies führt zu einem Unterbrechen der elektrischen Kontaktierung zumindest eines Teils der Elektrodenschichten des Aktorkörpers.In the area of the surface sections described, each of the piezo elements is piezoelectrically inactive. Due to the alternating guidance of the electrode layers to the surface sections, an electrical field is coupled into a piezoelectrically inactive region of the piezoceramic layer, which field differs significantly from the electrical field which is coupled into a piezoelectrically active region of the piezoceramic layer. The piezoelectrically active area of the piezoceramic layer is located between the electrode layers of the piezo element. When the electrode layers are electrically actuated, that is to say during polarization and / or during operation of the piezo actuator, different deflections of the piezoceramic layer occur in the piezoelectrically active region and in the piezoelectrically inactive region due to the different electrical fields. As a result, mechanical stresses occur in the piezo element, which can lead to a so-called polarity crack transverse to the stacking direction. This polarity crack can continue in the metallization attached to the surface section of the actuator body. This leads to an interruption in the electrical contacting of at least some of the electrode layers of the actuator body.
Damit ein vorhandener Polungsriss im Aktorkörper nicht zu einem Ausfall des Piezoaktors führt, ist bei dem bekannten Piezoaktor an jeder der Metallisierungen ein Anschlusselement in Form einer flexiblen, elektrischen Kontaktfahne angebracht. Die Kontaktfahne ist beispielsweise eine Metallfolie aus Kupfer. Die Kontaktfahne ist über eine ihrer Kanten entlang einer Höhe des Aktors derart an eine Metallisierung des Aktorkörpers angebracht, dass ein vomSo that an existing polarity crack in the actuator body does not lead to failure of the piezo actuator, a connection element in the form of a flexible, electrical contact tab is attached to each of the metallizations in the known piezo actuator. The contact tab is, for example, a metal foil made of copper. The contact lug is attached to a metallization of the actuator body via one of its edges along a height of the actuator such that one of the
Aktorkörper abstehender Bereich der Kontaktfahne verbleibt. Die Kontaktfahne ist so angebracht, dass sich ein in die Metallisierung erstreckender Polungsriss in die Kontaktfahne ausbreiten kann. Die Kontaktfahne ist aber derart ausgestaltet, dass die Rissbildung in der Kontaktfahne zum Stillstand kommt. Durch die Kontaktfahne kann daher ein Polungsriss elektrisch überbrückt werden. Somit ist gewährleistet, dass die Elektrodenschichten des Aktorkörpers trotz Auftreten eines Polungsrisses elektrisch kontaktiert bleiben. Der bekannte Piezoaktor wird beispielsweise zur Ansteuerung eines Einspritzventils eines Motors eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Für diesen Einsatz wird von der Automobilindustrie eine Zyklenzahl von über 100, gefordert. Innerhalb eines Zykluses kommt es durch die Ansteuerung der Elektrodenschichten zur Expansion und Kontraktion des Aktorkörpers. Es hat sich aber gezeigt, dass trotz der elektrischen Überbrückung mit Hilfe der flexiblen Kontaktfahne eine Zyklenzahl von über 10^ nicht zuverlässig erreicht werden kann.Actuator body protruding area of the contact tab remains. The contact flag is attached so that it fits into the Metallization-extending polarity crack can spread into the contact tab. However, the contact lug is designed in such a way that the formation of cracks in the contact lug comes to a standstill. A polarity crack can therefore be bridged electrically by the contact tab. This ensures that the electrode layers of the actuator body remain in electrical contact despite the occurrence of a polarity crack. The known piezo actuator is used, for example, to control an injection valve of an engine of a motor vehicle. The automotive industry requires a number of cycles of over 10 0 for this application. The activation of the electrode layers leads to expansion and contraction of the actuator body within one cycle. However, it has been shown that despite the electrical bridging with the aid of the flexible contact tab, a number of cycles of over 10 ^ cannot be reliably achieved.
Zur Erhöhung der Zyklenzahl des beschriebenen Piezoaktors geht aus der US 6 307 306 ein elektrisches Anschlusselement mit einem Drahtgeflecht hervor. Das Drahtgeflecht besteht beispielsweise aus Stahl-Drähten, die über eine hohe Elastizität bzw. Belastbarkeit verfügen. Alternativ dazu kann das Drahtgeflecht aus Kohlenstoff-Fasern bestehen. Diese Kohlenstoff-Fasern zeichnen sich durch eine gute elektrische Leitfähigkeit bei einer geringen Materialermüdung im Dauerbetrieb aus .In order to increase the number of cycles of the piezo actuator described, an electrical connection element with a wire mesh emerges from US Pat. No. 6,307,306. The wire mesh consists, for example, of steel wires, which have a high elasticity or resilience. Alternatively, the wire mesh can consist of carbon fibers. These carbon fibers are characterized by good electrical conductivity with low material fatigue in continuous operation.
In der Veröffentlichung Carbon Nanotubes, Topics Appl . Phys . 80 (2001), Seiten 391 - 425 werden Kohlenstoff-Fasern in Form von Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes) vorgestellt. Derartige Kohlenstoff-Fasern haben einen Röhrendurchmesser im Nanometerbereich . Die Kohlenstoff-Nanoröhren zeichnen sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine hohe Elastizität und damit Flexibilität aus.In the publication Carbon Nanotubes, Topics Appl. Phys. 80 (2001), pages 391 - 425, carbon fibers are presented in the form of carbon nanotubes. Such carbon fibers have a tube diameter in the nanometer range. The carbon nanotubes are characterized by high electrical conductivity, high thermal conductivity and high elasticity and thus flexibility.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Piezoaktor bereitzustellen, der über ein im Vergleich zum bekannten Stand der Technik zuverlässigeres Anschlusselement zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenschichten des Aktorkorpers verfugt . Zur Losung der Aufgabe wird ein piezoelektrisches Bauteil mit mindestens einem Piezoelement, das mindestens zwei übereinander angeordnete Elektrodenschichten und mindestens eine zwischen den Elektrodenschichten angeordnete piezoelektrische Schicht aufweist, und mit mindestens zwei elektrischen Anschlusselementen zur elektrischen Ansteuerung der Elektrodenschichten des Piezoelements angegeben, wobei mindestens eines der Anschlusselemente Kohlenstoff-Fasern aufweist. Das piezoelektrische Bauteil ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Fasern Kohlenstoff- Nanorohren aufweisen.The object of the present invention is to provide a piezo actuator which has a connection element for making electrical contact with the electrode layers of the actuator body which is more reliable than the known prior art. To solve the problem, a piezoelectric component with at least one piezo element, which has at least two electrode layers arranged one above the other and at least one piezoelectric layer arranged between the electrode layers, and with at least two electrical connection elements for electrically controlling the electrode layers of the piezo element, at least one of the connection elements being specified Has carbon fibers. The piezoelectric component is characterized in that the carbon fibers have carbon nanotubes.
Die Kohlenstoff-Nanoröhren weisen einen Rohrendurchmesser auf, der von wenigen n bis hin zu 100 nm reicht. Eine Rohrenlange der Kohlenstoff-Nanoröhren kann bis hin zu mehreren mm betragen. Die Kohlenstoff-Nanoröhren liegen als einwandige Nanorohren (Single Walled Nanotubes, SWNTs) oder mehrwandige Nanorohren (Multi Walled Nanaotubes, MWNTs) vor.The carbon nanotubes have a tube diameter that ranges from a few n up to 100 nm. A tube length of the carbon nanotubes can be up to several mm. The carbon nanotubes are available as single-walled nanotubes (SWNTs) or multi-walled nanotubes (multi-walled nanotubes, MWNTs).
Die Kohlenstoff-Nanoröhren weisen eine elektrische Leitfähigkeit auf, die mit der von Metallen vergleichbar ist. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch eine sehr hohe Elastizität aus. Dadurch ist mit Hilfe der Kohlenstoff- Nanoröhren ein flexibles elektrisches Anschlusselement mit einer hohen Ξtromtragfahigkeit zuganglich. Trotz Auslenkung des Piezoelements und der damit hervorgerufenen mechanischen Beanspruchung des Anschlusselements ist mit Hilfe der Kohlenstoff-Nanoröhren für eine zuverlässige Kontaktierung der Elektrodenschichten des Piezoelements gesorgt.The carbon nanotubes have an electrical conductivity that is comparable to that of metals. In addition, they are characterized by very high elasticity. As a result, a flexible electrical connection element with a high current carrying capacity is accessible with the help of the carbon nanotubes. Despite the deflection of the piezo element and the mechanical stress caused on the connection element, the Carbon nanotubes ensure reliable contacting of the electrode layers of the piezo element.
Mit einem derart flexiblen Anschlusselement gelingt es insbesondere, die eingangs angesprochenen Polungsrisse in einem Aktorkorper zuverlässig elektrisch zu überbrücken. Die Wahrscheinlichkeit für einen Ausfall des Piezoaktors aufgrund vorhandener Polungsrisse ist deutlich reduziert. Die Kohlenstoff-Nanoröhren können vereinzelt vorliegen. Denkbar ist auch, dass die Kohlenstoff-Nanoröhren zu mindestens einem Faserbundel miteinander verbunden sind. Das Faserbundel besteht aus mehreren, einzelnen Kohlenstoff- Nanoröhren. Die Kohlenstoff-Nanoröhren sind dabei im Wesentlichen entlang einer gemeinsamen Vorzugsrichtung ausgerichtet und mit Hilfe eines Verbindungsmittels miteinander verbunden. Das Verbindungsmittel ist beispielsweise eine Umwicklung oder eine Umhüllung der Kohlenstoff-Nanoröhren .With such a flexible connection element, it is possible in particular to reliably electrically bridge the polarity cracks mentioned at the beginning in an actuator body. The probability of a failure of the piezo actuator due to polarity cracks is significantly reduced. The carbon nanotubes can be isolated. It is also conceivable that the carbon nanotubes are connected to one another to form at least one fiber bundle. The fiber bundle consists of several individual carbon nanotubes. The carbon nanotubes are essentially aligned along a common preferred direction and connected to one another with the aid of a connecting means. The connecting means is, for example, a wrapping or a covering of the carbon nanotubes.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Kohlenstoff- Nanoröhren zu einem Fasergewebe miteinander verbunden . Die Kohlenstoff-Nanoröhren bzw. Faserbundel aus den Kohlenstoff- Nanoröhren sind miteinander verwoben oder verflechtet . Beispielsweise ist das Fasergewebe ein Vlies aus Kohlenstoff- Nanoröhren. Das Fasergewebe zeichnet sich, wie die Kohlenstoff-Nanoröhren selbst, durch eine hohe Elasitzitat bzw. Flexibilität aus. Da sich die Kohlenstoff-Nanoröhren in dem Fasergewebe gegenseitig berühren, ist die elektrische Kontaktierung über das Fasergewebe hinweg gewahrleistet.In a further embodiment, the carbon nanotubes are connected to one another to form a fiber fabric. The carbon nanotubes or fiber bundles from the carbon nanotubes are interwoven or interwoven. For example, the fiber fabric is a fleece made of carbon nanotubes. The fiber fabric, like the carbon nanotubes themselves, is characterized by a high elasticity or flexibility. Since the carbon nanotubes touch each other in the fiber fabric, electrical contact is ensured across the fiber fabric.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Anschlusselement ein Verbundmaterial auf, das zusammen mit den Kohlenstoff- Nanoröhren einen Verbundwerkstoff bildet. Das Verbundmaterial fungiert als Matrix, in die die Kohlenstoff-Nanoröhren eingebettet sind. Dabei kann das Verbundmaterial auch in den Hohlräumen der Kohlenstoff-Nanoröhren eingelagert sein. Auf diese Weise lassen sich die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanoröhren und damit die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoff beeinflussen. Die Kohlenstoff-Nanoröhren eignen sich besonders zur Anwendung in einemIn a further embodiment, the connection element has a composite material which, together with the carbon nanotubes, forms a composite material. The composite material acts as a matrix in which the carbon nanotubes are embedded. The composite material can also be embedded in the cavities of the carbon nanotubes. On In this way, the electrical and mechanical properties of the carbon nanotubes and thus the electrical and mechanical properties of the composite material can be influenced. The carbon nanotubes are particularly suitable for use in one
Verbundwerkstoff, da sie relativ einfach modifiziert werden können. An den Außenwänden der Kohlenstoff-Nanoröhren können funktionelle Gruppen, beispielsweise hydrophile oder hydrophobe Gruppen, gebunden werden. Dadurch kann eine Mischbarkeit und/oder eine Stärke des Verbundes ausComposite material because they can be modified relatively easily. Functional groups, for example hydrophilic or hydrophobic groups, can be bound to the outer walls of the carbon nanotubes. This allows a miscibility and / or a strength of the composite
Kohlenstoff-Nanoröhren und Verbundmaterial beeinflusst werden .Carbon nanotubes and composite material are affected.
Das Verbundmaterial kann ein elektrisch leitendes oder ein elektrisch nicht leitendes Material sein. Beispielsweise sind die Kohlenstoff-Nanoröhren in eine flexible, elektrisch leitende Folie aus einem Metall eingebettet. Der Verbundwerkstoff besteht aus dem Metall und den Kohlenstoff- Nanoröhren. Das Metall bildet eine Matrix für die Kohlenstoff-Nanoröhren. Durch die Einlagerung derThe composite material can be an electrically conductive or an electrically non-conductive material. For example, the carbon nanotubes are embedded in a flexible, electrically conductive film made of a metal. The composite material consists of the metal and the carbon nanotubes. The metal forms a matrix for the carbon nanotubes. By storing the
Kohlensto f-Nanoröhren in die Metallfolie wird eine Flexibilität der Metallfolie erhöht. Gleichzeitig bleibt aber die elektrische Leitfähigkeit der Metallfolie weitgehend erhalten. Beispielsweise ist die Metallfolie eine Kupferfolie. Eine derartige Folie kann ausgehend von einem Fasergewebe aus Kohlenstoff-Nanoröhren durch elektrochemisches Abscheiden von Kupfer an den Kohlenstoff- Nanoröhren erzeugt werden. Alternativ dazu können Kohlenstoff-Nanoröhren oder ein Fasergewebe aus den Kohlenstoff-Nanoröhren auf eine Trägerfolie aus Kunststoff gelegt werden. Auf den Kohlenstoff-Nanoröhren wird danach in einem Dampfabscheideverfahren, beispielsweise CVD (Chemical Vapour Deposition) oder PVD (Physical Vapour Deposition) das Metall abgeschieden. Dabei bildet sich die Matrix aus dem Metall. Das Verbundmaterial kann auch ein Dielektrikum sein. Das Dielektrikum ist beispielsweise ein elektrisch isolierender Kunststoff. Dieser Kunststoff bildet eine polymere Matrix, in die die Kohlenstoff-Nanoröhren eingebettet sind. Der Verbundwerksto f besteht aus dem Kunststoff und denCarbon nanotubes in the metal foil increases the flexibility of the metal foil. At the same time, however, the electrical conductivity of the metal foil is largely preserved. For example, the metal foil is a copper foil. Such a film can be produced from a fiber fabric made of carbon nanotubes by electrochemical deposition of copper on the carbon nanotubes. Alternatively, carbon nanotubes or a fiber fabric from the carbon nanotubes can be placed on a plastic carrier film. The metal is then deposited on the carbon nanotubes in a vapor deposition process, for example CVD (Chemical Vapor Deposition) or PVD (Physical Vapor Deposition). The matrix is formed from the metal. The composite material can also be a dielectric. The dielectric is, for example, an electrically insulating plastic. This plastic forms a polymer matrix in which the carbon nanotubes are embedded. The composite material consists of the plastic and the
Kohlensto f-Nanoröhren. Um eine elektrische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs zu gewahrleisten, ist ein entsprechend hoher Fullgrad der Kohlenstoff-Nanoröhren im Kunststoff notig. Der Fullgrad der Kohlenstoff-Nanoröhren ist so hoch gewählt, dass eine sogenannte Perkolationsgrenze erreicht oder überschritten ist. Bei der Perkolationsgrenze berühren sich die Kohlenstoff-Nanoröhren gegenseitig. Dadurch ist die elektrische Leitfähigkeit von Kohlenstoff-Nanorohre zu Kohlenstoff-Nanorohre und damit über den gesamten Verbundwerkstoff hinweg gewahrleistet.Carbon nanotubes. In order to ensure the electrical conductivity of the composite material, a correspondingly high degree of fullness of the carbon nanotubes in the plastic is necessary. The degree of fullness of the carbon nanotubes is chosen so high that a so-called percolation limit is reached or exceeded. The carbon nanotubes touch each other at the percolation limit. This ensures the electrical conductivity from carbon nanotubes to carbon nanotubes and thus across the entire composite.
Der Kunststoff kann ein beliebiger thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff sein. Im Hinblick auf die Verwendung des Verbundwerkstoffs in einen Anschlusselement eines piezoelektrischen Bauteils ist der Kunststoff vorzugsweise ein elastomerer Kunststoff. Der elastomere Kunststoff, beispielsweise ein Silikon-Elastomer, zeichnet sich durch eine hohe Elastizität bzw. Flexibilität aus. Durch das Einbetten der Kohlenstoff-Nanoröhren in einen elastomeren Kunststoff bleibt die Flexibilität des Kunststoffs imThe plastic can be any thermoplastic or thermosetting plastic. With regard to the use of the composite material in a connection element of a piezoelectric component, the plastic is preferably an elastomeric plastic. The elastomeric plastic, for example a silicone elastomer, is characterized by high elasticity or flexibility. By embedding the carbon nanotubes in an elastomeric plastic, the flexibility of the plastic remains
Wesentlichen erhalten. Gleichzeitig wird aber eine für die Ansteuerung der Elektrodenschichten des Piezoelements notwendige elektrische Leitf higkeit erzielt. In einer besonderen Ausgestaltung erstreckt sich mindestens eine der Elektrodenschichten des Piezoelements an einen seitlichen Oberflachenabschnitt des Piezoelements und ist dort mit dem elektrischen Anschlusselement mit Kohlenstoff- Nanoröhren elektrisch leitend verbunden. Das Piezoelement weist beispielsweise eine quadratische oder rechteckigeMainly preserved. At the same time, however, an electrical conductivity required for controlling the electrode layers of the piezo element is achieved. In a special embodiment, at least one of the electrode layers of the piezo element extends to a lateral surface section of the piezo element and is connected there in an electrically conductive manner to the electrical connection element with carbon nanotubes. The piezo element has, for example, a square or rectangular one
Grundflache auf. Der seitliche Oberflachenabschnitt kann sich an einer Ecke des Piezoelements befinden. Dieser Oberflächenabschnitt kann sich auch entlang einer gesamten seitlichen Ausdehnung des Piezoelements erstrecken. Denkbar ist auch, dass der Oberflächenabschnitt von nahezu einer gesamten Seite des Piezoelements gebildet ist.Base area on. The side surface section can be located at a corner of the piezo element. This Surface section can also extend along an entire lateral extent of the piezo element. It is also conceivable that the surface section is formed by almost an entire side of the piezo element.
Zur elektrischen Kontaktierung des Anschlusselements und der Elektrodenschicht ist das elektrische Anschlusselement mit einem elektrischen leitenden Verbindungsmittel am Oberflächenabschnitt des Piezoelements befestigt. Dieses elektrisch leitende Verbindungsmittel ist beispielsweise ein Leitklebstoff. Das Anschlusselement ist mit Hilfe des Leitklebstoffs am Oberflächenabschnitt angeklebt. Der Leitklebstoff weist neben einem Klebstoff ein elektrisch leitendes Material auf. Das elektrisch leitende Material liegt beispielsweise in Form von Kügelchen vor. Größe und Dichte der Kügelchen ist so gewählt, dass eine elektrische Kontaktierung mit einer notwendigen Stromtragfähigkeit gewährleistet ist. Der Leitklebstoff eignet sich zur Befestigung eines Anschlusselements mit einem Fasergewebe aus den Kohlenstoff-Nanoröhren oder mit einem Verbundwerkstoff aus einem Kunststoff und den Kohlenstoff-Nanoröhren.For electrical contacting of the connection element and the electrode layer, the electrical connection element is fastened to the surface section of the piezo element with an electrically conductive connecting means. This electrically conductive connection means is, for example, a conductive adhesive. The connection element is glued to the surface section using the conductive adhesive. In addition to an adhesive, the conductive adhesive has an electrically conductive material. The electrically conductive material is in the form of beads, for example. The size and density of the beads is selected so that electrical contacting with a necessary current carrying capacity is ensured. The conductive adhesive is suitable for fastening a connection element with a fiber fabric made of the carbon nanotubes or with a composite material made of a plastic and the carbon nanotubes.
Bei einem Anschlusselement mit einem Verbundwerkstoff aus einem Metall und den Kohlenstoff-Nanoröhren bietet sich an, als elektrisch leitendes Verbindungsmittel ein Lot zu verwenden. Das Anschlusselement ist an den Oberflächenabschnitt des Aktorkörpers angelötet.In the case of a connection element with a composite material made of a metal and the carbon nanotubes, it is advisable to use a solder as the electrically conductive connecting means. The connection element is soldered to the surface section of the actuator body.
Das piezoelektrische Bauteil ist beispielsweise ein piezoelektrischer Biegewandler. Der Biegewandler ist beispielsweise ein sogenannter Bimorph-Biegewandler . Der Biegewandler kann dabei aus mehreren Piezoelementen aufgebaut sein. Die piezoelektrischen Schichten können aus piezoelektrischem Kunststoff, beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) , oder piezoelektrischer Keramik, beispielsweise Bleizirkonattitanat (Pb (Ti, Zr) 03, PZT) , bestehen. In einer besonderen Ausgestaltung ist das piezoelektrische Bauteil ein Vielschichtaktor, bei dem eine Vielzahl von Piezoelementen zu einem stapeiförmigen Aktorkörper mit einer Stapelrichtung angeordnet sind. Der Aktorkörper kann aus miteinander verklebten Piezoelementen bestehen. Dabei bestehen die piezoelektrischen Schichten der Piezoelemente beispielsweise aus einem piezoelektrischen Kunststoff. Vorzugsweise ist der Aktorkörper in monolithischer Vielschichtbauweise hergestellt. Dabei bestehen die piezoelektrischen Schichten aus einer Piezokeramik. Die Piezokeramik ist beispielsweise ein Bleizirkonattitanat. Ein Elektrodenmaterial der Elektrodenschichten ist beispielsweise eine Silber-Palladium-Legierung. Zum Herstellen dieses Aktorkörpers werden keramische Grünfolien mit derThe piezoelectric component is, for example, a piezoelectric bending transducer. The bending transducer is, for example, a so-called bimorph bending transducer. The bending transducer can be constructed from several piezo elements. The piezoelectric layers can consist of piezoelectric plastic, for example polyvinylidene fluoride (PVDF), or piezoelectric ceramic, for example lead zirconate titanate (Pb (Ti, Zr) 0 3 , PZT). In a special embodiment, the piezoelectric component is a multilayer actuator, in which a multiplicity of piezo elements are arranged to form a stack-shaped actuator body with a stacking direction. The actuator body can consist of piezo elements glued together. The piezoelectric layers of the piezo elements consist, for example, of a piezoelectric plastic. The actuator body is preferably produced in a monolithic multilayer construction. The piezoelectric layers consist of a piezoceramic. The piezoceramic is, for example, a lead zirconate titanate. An electrode material of the electrode layers is, for example, a silver-palladium alloy. To manufacture this actuator body, ceramic green foils are used with the
Piezokeramik und Elektrodenschichten aus dem elektrisch leitenden Material abwechselnd übereinander gestapelt und gemeinsam gesintert. Denkbar ist auch das Stapeln von mit Elektrodenmaterial flächig bedruckten keramischen Grünfolien.Piezoceramic and electrode layers made of the electrically conductive material are alternately stacked and sintered together. It is also conceivable to stack ceramic green foils printed with electrode material.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Piezoelemente derart zu dem stapeiförmigen Aktor angeordnet, dass benachbarte Piezoelemente eine gemeinsame Elektrodenschicht aufweisen, die Elektrodenschichten der Piezoelemente in Stapelrichtung des Aktorkörpers abwechselnd an mindestens zwei voneinander elektrisch isolierte, seitliche Oberflächenabschnitte des Aktorkörpers geführt sind und mindestens einer der Oberflächenabschnitte des Aktorkörpers mit einem elektrischen Anschlusselement mit Kohlenstoff-Fasern elektrisch leitend verbunden ist. Wie eingangs beschrieben, kann es in einem solchen Aktorkörper zu Polungsrissen kommen. Durch die elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten kommt es an den Polungsrissen zu besonders großen Auslenkungen. In Folge davon wird das elektrische Anschlusselement mechanisch stark belastet. Daher ist es besonders vorteilhaft, zur Ansteuerung der Elektrodenschichten des Aktorkörpers das elektrische Anschlusselement mit den flexiblen Kohlenstoff-Nanoröhren zu verwenden. Besonders vorteilhaft ist hier die Verwendung eines Fasergewebes aus den Kohlenstoff-Nanoröhren. Das Fasergewebe trägt zu einer erhöhten Flexibilität des Anschlusselements bei.In a further embodiment, the piezo elements are arranged in relation to the stack-shaped actuator such that adjacent piezo elements have a common electrode layer, the electrode layers of the piezo elements in the stacking direction of the actuator body are alternately guided on at least two lateral surface sections of the actuator body that are electrically insulated from one another and at least one of the surface sections of the Actuator body is electrically conductively connected to an electrical connection element with carbon fibers. As described at the beginning, polarity cracks can occur in such an actuator body. The electrical control of the electrode layers leads to particularly large deflections at the polarity cracks. As a result, the electrical connection element is subjected to high mechanical loads. It is therefore particularly advantageous to control the electrode layers of the actuator body with the electrical connection element with the flexible carbon nanotubes use. The use of a fiber fabric made of the carbon nanotubes is particularly advantageous here. The fiber fabric contributes to increased flexibility of the connection element.
Eine besonders hohe Flexibilität des Anschlusselement bei gleichzeitig effizienter elektrischer Kontaktierung wird dadurch erreicht, dass zumindest ein Teil der Kohlenstoff- Nanoröhren des Anschlusselements im Wesentlichen quer zur Stapelrichtung des Aktorkörpers ausgerichtet ist. ImA particularly high flexibility of the connection element with simultaneously efficient electrical contacting is achieved in that at least some of the carbon nanotubes of the connection element are oriented essentially transversely to the stacking direction of the actuator body. in the
Wesentlichen bedeutet dabei, dass Abweichungen von der Querausrichtung um bis zu 45° möglich und zulässig sind. Eine elektrische Kontaktierung der quer zur Stapelrichtung ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren erfolgt beispielsweise durch einen parallel zur Stapelrichtung ausgerichteten und mit den Kohlenstoff-Nanoröhren verbundenen Metallstift. Zum Herstellen eines Anschlusselements mit den ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren werden beispielsweise die Kohlenstoff- Nanoröhren in einem noch nicht oder nur teilweise vernetzten Kunststoff mit entsprechend niedriger Viskosität ausgerichtet. Das Ausrichten der Kohlenstoff-Nanoröhren in dem noch nicht vernetzten Kunststoff erfolgt beispielsweise mechanisch mit Hilfe eines Kamms. Nach dem Ausrichten wird der Kunststoff vernetzt. Es bildet sich eine Matrix aus dem Kunststoff, in die die Kohlenstoff-Nanoröhren im Wesentlichen parallel zueinander entlang einer gemeinsamen Vorzugsrichtung ausgerichtet sind. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass bezüglich der Ausrichtung eine Verteilung um die gemeinsame Vorzugsrichtung vorliegt.This essentially means that deviations from the transverse alignment by up to 45 ° are possible and permissible. The carbon nanotubes aligned transversely to the stacking direction are electrically contacted, for example, by a metal pin aligned parallel to the stacking direction and connected to the carbon nanotubes. To produce a connection element with the aligned carbon nanotubes, for example, the carbon nanotubes are aligned in a plastic that has not yet or only partially crosslinked and has a correspondingly low viscosity. Alignment of the carbon nanotubes in the plastic that has not yet been crosslinked is done mechanically, for example, with the aid of a comb. After alignment, the plastic is cross-linked. A matrix is formed from the plastic, in which the carbon nanotubes are aligned essentially parallel to one another along a common preferred direction. This essentially means that there is a distribution around the common preferred direction with regard to the alignment.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der Oberflächenabschnitt, der mit dem elektrischen Anschlusselement mit den Kohlenstoff-Nanoröhren elektrisch leitend verbunden ist, eine auf dem Aktorkörper aufgebrachte Metallisierung auf. Die Metallisierung, die aus mehrerenIn a special embodiment, the surface section which is electrically conductively connected to the electrical connection element with the carbon nanotubes has a metallization applied to the actuator body. The metallization that consists of several
Schichten mit unterschiedlichem Material bestehen kann, ist an der Seite des Aktorkörpers mindestens über eine Höhe der zu kontaktierenden Elektrodenschichten aufgetragen. Die Metallisierung sorgt dafür, dass die an dem Oberflächenabschnitt geführten Elektrodenschichten parallel geschaltet sind. Das elektrische Anschlusselement ist an der Metallisierung elektrisch leitend befestigt. Bei einem Aktorkorper, bei dem der zu kontaktierende Ober lächenabschnitt nur an einer Kante des Aktorkorpers vorliegt, wie bei dem eingangs beschriebenen Piezoaktor, liegt die Metallisierung in Form eines relativ schmalen Metallisierungsstreifens vor.Layers with different material can exist on the side of the actuator body at least over a height of applied to the electrode layers to be contacted. The metallization ensures that the electrode layers guided on the surface section are connected in parallel. The electrical connection element is attached to the metallization in an electrically conductive manner. In the case of an actuator body in which the surface section to be contacted is only present on one edge of the actuator body, as in the piezo actuator described at the outset, the metallization is in the form of a relatively narrow metallization strip.
Der zu kontaktierende seitliche Oberflächenabschnitt des Aktorkorpers kann sich aber auch ber nahezu die gesamte seitliche Oberflache des Aktorkorpers erstrecken. In diesem Fall ist die Metallisierung großflächig an der Seite des Aktorkorpers angebracht. Dabei bietet sich an, das elektrische Anschlusselement großflächig mit der Metallisierung elektrisch und mechanisch zu verbinden. Dazu wird beispielswexse ein Fasergewebe aus den Kohlenstoff- Nanorohren großflächig auf die Metallisierung aufgeklebt.The lateral surface section of the actuator body to be contacted can, however, also extend over almost the entire lateral surface of the actuator body. In this case, the metallization is applied over a large area to the side of the actuator body. It makes sense to connect the electrical connection element electrically and mechanically to the metallization over a large area. For this purpose, for example, a fiber fabric made of the carbon nanotubes is glued onto the metallization over a large area.
Eine großflächige, elektrische Kontaktierung über die Kohlenstoff-Nanoröhren fuhrt zu einem weiteren Vorteil : Aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit der Kohlenstoff- Nanorohren kann das elektrische Anschlusselement auch alsA large-area electrical contact via the carbon nanotubes leads to another advantage: Due to the high thermal conductivity of the carbon nanotubes, the electrical connection element can also be used as a
Temperierkorper (K hlkörper) fungieren. Durch die Ansteuerung der Elektrodenschichten kommt es zur Auslenkung der piezoelektrischen Schicht. Die dabei eingespeiste elektrische Energie geht teilweise in Form von Warme (Verlustwarme) verloren. Der bei einem Einspritzventil verwendete Piezoaktor mit monolithischem Aktorkorper wird mit einer hohen Repititionsrate angesteuert. Aufgrund der daraus resultierenden relativ hohen Verlustwarme kann sich der Piezoaktor unerwünscht erwarmen. Durch das elektrische Anschlusselement mit den Kohlenstoff-Nanoröhren kann aber die Verlustwarme effizient abgeleitet werden. Dazu ist das Anschlusselement mit einer beliebigen Warmesenke thermisch leitend verbunden. Die Wahrscheinlichkeit für die unerwünschte Erwärmung des piezoelektrischen Bauteils, beispielsweise eine Erwärmung über die Curie-Temperatur des piezoelektrischen Materials der piezoelektrischen Schicht, ist deutlich reduziert.Temperature control body (heat sink) act. By driving the electrode layers, the piezoelectric layer is deflected. The electrical energy fed in is partially lost in the form of heat (loss heat). The piezo actuator with a monolithic actuator body used in an injection valve is controlled with a high repetition rate. Due to the resulting relatively high heat loss, the piezo actuator can heat up undesirably. However, the heat loss can be efficiently dissipated through the electrical connection element with the carbon nanotubes. For this purpose, the connection element is thermal with any heat sink conductively connected. The likelihood of undesired heating of the piezoelectric component, for example heating above the Curie temperature of the piezoelectric material of the piezoelectric layer, is significantly reduced.
In einer besonderen Ausgestaltung ist das elektrische Anschlusselement mit den Kohlenstoff-Nanoröhren eine elektrische Kontaktfahne, die derart mit dem Oberflächenabschnitt des Aktorkörpers verbunden ist, dass ein vom Aktorkörper abstehender Bereich der Kontaktfahne verbleibt. Eine derartige Kontaktfahne ist beispielsweise über einer ihrer Kanten mittels der oben beschriebenen, relativ schmalen Metallisierungsbahn mit den Elektrodenschichten des Aktorkörpers elektrisch leitend verbunden .In a special embodiment, the electrical connection element with the carbon nanotubes is an electrical contact tab, which is connected to the surface section of the actuator body such that a region of the contact tab projecting from the actuator body remains. Such a contact tab is, for example, electrically conductively connected to the electrode layers of the actuator body via one of its edges by means of the relatively narrow metallization path described above.
Die Kontaktfahne kann dabei nur aus Kohlenstoff-Nanoröhren oder einem Fasergewebe aus den Kohlenstoff-Nanoröhren bestehen. Denkbar ist auch eine Kontaktfahne mit einer Metallfolie. Die Metallfolie ist beispielsweise eine Kupferfolie. Eine Foliendicke beträgt vorteilhaft 50 um und weniger. Beispielsweise beträgt die Foliendicke 25 μm. Auf diese Metallfolie können die Kohlenstoff-Nanoröhren aufgebracht sein. Die Metallfolie kann auch aus einem Verbundwerkstoff aus einem Metall und den Kohlenstoff- Nanoröhren bestehen.The contact tab can only consist of carbon nanotubes or a fiber fabric made of the carbon nanotubes. A contact flag with a metal foil is also conceivable. The metal foil is, for example, a copper foil. A film thickness is advantageously 50 µm and less. For example, the film thickness is 25 μm. The carbon nanotubes can be applied to this metal foil. The metal foil can also consist of a composite material made of a metal and the carbon nanotubes.
Vorzugsweise ist die Kontaktfahne mehrschichtig. Die Kontaktfahne besteht aus mehreren Schichten. Mindestens eine der Schichten ist elektrisch leitend. Diese elektrisch leitende Schicht wird von den Kohlenstoff-Nanoröhren, einem Fasergewebe mit den Kohlenstoff-Nanoröhren oder einer Metallfolie mit den Kohlenstoff-Nanoröhren gebildet. Denkbar ist auch eine elektrisch leitende Schicht mit einem elektrisch leitenden Verbundwerkstoff aus einem Kunststoff und den Kohlenstoff-Nanoröhren. Die elektrisch leitende Schicht der mehrschichtigen Kontaktfahne ist auf einer elektrisch nicht leitenden Schicht, beispielsweise einer Schicht aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, aufgebracht. Die elektrisch isolierende Schicht kann als Trägerschicht für die elektrisch leitende Schicht fungieren. Zur elektrischen Isolierung kann die Schicht mit den Kohlenstoff-Nanoröhren auch zwischen zwei Schichten aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff eingebettet sein. Zur Weiterkontaktierung des elektrischen Anschlusselements kann ein beliebiger elektrischer Anschluss, beispielsweise ein Bonddraht, vorgesehen sein. Bezüglich des Anschlusselements in Form einer Kontaktfahne ist in einer besonderen Ausgestaltung der abstehende Bereich der Kontaktfahne mit einem starren elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Anschlusselements verbunden. Der starre elektrische Anschluss ist beispielsweise ein Metallstift. Über den starren elektrischen Anschluss wird der Piezoaktor mit elektrischer Spannung versorgt. Gerade zwischen dem starren Anschluss und dem Aktorkörper kann es aufgrund der Auslenkung des Aktorkörpers zu mechanischen Spannungen kommen. Die flexiblen Kohlenstoff-Nanoröhren sorgen dafür, dass diese mechanischen Spannungen im elektrischen Anschlusselement weitgehend abgebaut werden.The contact tab is preferably multilayered. The contact tab consists of several layers. At least one of the layers is electrically conductive. This electrically conductive layer is formed by the carbon nanotubes, a fiber fabric with the carbon nanotubes or a metal foil with the carbon nanotubes. An electrically conductive layer with an electrically conductive composite material made of a plastic and the carbon nanotubes is also conceivable. The electrically conductive Layer of the multilayer contact tab is applied to an electrically non-conductive layer, for example a layer made of an electrically insulating plastic. The electrically insulating layer can function as a carrier layer for the electrically conductive layer. For electrical insulation, the layer with the carbon nanotubes can also be embedded between two layers made of an electrically insulating plastic. Any electrical connection, for example a bonding wire, can be provided for further contacting of the electrical connection element. With regard to the connection element in the form of a contact lug, the protruding region of the contact lug is connected to a rigid electrical connection for the electrical contacting of the connection element. The rigid electrical connection is, for example, a metal pin. The piezo actuator is supplied with electrical voltage via the rigid electrical connection. Mechanical stresses can occur precisely between the rigid connection and the actuator body due to the deflection of the actuator body. The flexible carbon nanotubes ensure that these mechanical stresses in the electrical connection element are largely reduced.
Das piezoelektrische Bauteil, insbesondere das piezoelektrische Bauteil in Form des Piezoaktors mit monolithischem Aktorkörper wird zur Betätigung eines Ventils, insbesondere eines Einspritzventil einer Brennkraftmaschine verwendet. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise ein Motor eines Personenkraftwagens.The piezoelectric component, in particular the piezoelectric component in the form of the piezo actuator with a monolithic actuator body, is used to actuate a valve, in particular an injection valve of an internal combustion engine. The internal combustion engine is, for example, an engine of a passenger car.
Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung vorliegende wesentlichen Vorteile: - Die Kohlenstoff-Nanoröhren führen zu einem flexiblen, dehnbaren elektrischen Anschlusselement eines piezoelektrischen Bauteils. - Aufgrund der Flexibilität des Anschlusselements können mechanische Spannungen, deren Ursache in der Auslenkung des Piezoelements oder der Piezoelemente des piezoelektrischen Bauteils zu finden sind, effizient abgebaut werden. Dies trifft insbesondere auf piezoelektrische Bauteile mit einem Aktorkörper in monolithischer Vielschichtbauweise zu.In summary, there are significant advantages with the invention: - The carbon nanotubes lead to a flexible, stretchable electrical connection element of a piezoelectric component. - Due to the flexibility of the connection element, mechanical stresses, the cause of which can be found in the deflection of the piezo element or the piezo elements of the piezoelectric component, can be reduced efficiently. This applies in particular to piezoelectric components with an actuator body in a monolithic multilayer construction.
Das piezoelektrische Bauteil zeichnet sich durch eine hohe Zuverlässigkeit aus. So kann bei einem Piezoaktor mit Aktorkörper in monolithischer Vielschichtbauweise dieThe piezoelectric component is characterized by high reliability. For example, in the case of a piezo actuator with an actuator body in a monolithic multilayer construction
Zyklenzahl von 100, zuverlässig erreicht bzw. überschritten werden .Number of cycles of 10 0, reliably reached or exceeded.
Durch die sehr gute thermische Leitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhren eignet sich das elektrische Anschlusselement zur effizienten Kühlung des piezoelektrischen Bauteils.Due to the very good thermal conductivity of the carbon nanotubes, the electrical connection element is suitable for efficient cooling of the piezoelectric component.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher vorgestellt. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.The invention is presented in more detail below with the aid of several exemplary embodiments and the associated figures. The figures are schematic and do not represent true-to-scale illustrations.
Figur 1 zeigt ein piezoelektrisches Bauteil in Form eines Piezoaktors mit einem Aktorkörper in monolithischerFigure 1 shows a piezoelectric component in the form of a piezo actuator with an actuator body in monolithic
Vielschichtbauweise von der Seite.Multi-layer construction from the side.
Figur 2 zeigt ein weiteres piezoelektrisches Bauteil in Form eines Piezoaktors mit einem weiteren Aktorkörper in monolithischer Vielschichtbauweise von der Seite. Figur 3 zeigt ein Piezoelement eines piezoelektrischen Bauteils im seitlichen Querschnitt.FIG. 2 shows a further piezoelectric component in the form of a piezo actuator with a further actuator body in a monolithic multilayer construction from the side. FIG. 3 shows a piezo element of a piezoelectric component in a lateral cross section.
Figuren 4A und 4B zeigen jeweils eine mit Elektrodenmaterial bedruckte Grünfolie mit Piezokeramik von oben, die zur Herstellung der Aktorkörper gemäß Figur 1 und 2 verwendet werden.FIGS. 4A and 4B each show a green foil with piezoceramic printed with electrode material from above, which are used to produce the actuator bodies according to FIGS. 1 and 2.
Figuren 5A bis 5C zeigen verschiedene Ausführungsformen des Anschlusselements in Form einer elektrischenFIGS. 5A to 5C show different embodiments of the connection element in the form of an electrical one
Kontaktfahne.Contact flag.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer Kohlenstoff-Nanoröhre von der Seite .Figure 6 shows a section of a carbon nanotube from the side.
Figur 7 zeigt ein Fasergewebe aus Kohlenstoff-Nanoröhren.FIG. 7 shows a fiber fabric made of carbon nanotubes.
Das piezoelektrische Bauteil 1 ist ein Piezoaktor mit einem Aktorkörper 20 in monolithischer Vielschichtbauweise mit einer quadratischen Grundfläche (Figuren 1 und 2) . Bei diesem Aktorkörper 20 ist eine Vielzahl von Piezoelementen 10 entlang der Stapelrichtung 21 übereinander gestapelt und fest verbunden. Ein Piezoelement 10 besteht aus einer piezoelektrischen Schicht 13 aus einer Piezokeramik (Figur 3) . Die Piezokeramik ist ein Bleizirkonattitanat. Die piezoelektrische Schicht 13 befindet sich zwischen einer Elektrodenschicht 11 und einer weiteren Elektrodenschicht 12 des Piezoelements 10. Das Elektrodenmaterial der Elektrodenschichten 11 und 12 ist eine Silber-Palladium- Legierung. Die Elektrodenschichten 11 und 12 sind derart an den Hauptflächen der piezoelektrischen Schicht 13 angeordnet, dass durch die elektrische Ansteuerung derThe piezoelectric component 1 is a piezo actuator with an actuator body 20 in a monolithic multilayer construction with a square base area (FIGS. 1 and 2). In this actuator body 20, a multiplicity of piezo elements 10 are stacked one above the other along the stacking direction 21 and firmly connected. A piezo element 10 consists of a piezoelectric layer 13 made of a piezo ceramic (FIG. 3). The piezoceramic is a lead zirconate titanate. The piezoelectric layer 13 is located between an electrode layer 11 and a further electrode layer 12 of the piezo element 10. The electrode material of the electrode layers 11 and 12 is a silver-palladium alloy. The electrode layers 11 and 12 are arranged on the main surfaces of the piezoelectric layer 13 in such a way that the
Elektrodenschichten 11 und 12 ein elektrisches Feld in der piezoelektrischen Schicht 13 erzeugt wird, so dass es zur Auslenkung der piezoelektrischen Schicht 13 und damit zur Auslenkung des Piezoelements 10 kommt. Zur elektrischen Kontaktierung sind die Elektrodenschichten 11 und 12 an zwei, elektrisch voneinander isolierte Oberflachenabschnitte 14 und 15 gefuhrt. An diesen Stellen sind die beiden Elektrodenschichten 11 und 12 jeweils mit einem (in Figur 3) nicht dargestellten elektrischenElectrode layers 11 and 12, an electric field is generated in the piezoelectric layer 13, so that the piezoelectric layer 13 is deflected and thus the piezo element 10 is deflected. For electrical contacting, the electrode layers 11 and 12 are guided on two surface sections 14 and 15 which are electrically insulated from one another. At these points, the two electrode layers 11 and 12 each have an electrical one (not shown in FIG. 3)
Anschlusselement verbunden. Durch die Fuhrung der Elektroden 11 und 12 an unterschiedliche Oberflachenabschnitte 14 und 15 verfugt jedes Piezoelement 10 über einen piezoelektrisch aktiven Bereich 16 und mindestens zwei piezoelektrisch inaktive Bereiche 17.Connection element connected. By leading the electrodes 11 and 12 to different surface sections 14 and 15, each piezo element 10 has a piezoelectrically active region 16 and at least two piezoelectrically inactive regions 17.
Dadurch, dass bei dem Aktorkorper 20 in monolithischer Vielschichtbauweise eine Vielzahl von Piezoelementen 10 übereinander gestapelt sind, kann ein relativ hoher, absoluter Hub entlang der Stapelrichtung 21 des Aktorkorpers 20 bei einer relativ niedrigen Ansteuerspannung erzielt werden .Because a plurality of piezo elements 10 are stacked one above the other in the actuator body 20 in a monolithic multilayer construction, a relatively high, absolute stroke along the stacking direction 21 of the actuator body 20 can be achieved with a relatively low control voltage.
Benachbarte Piezoelemente 10 weisen jeweils eine gemeinsame Elektrodenschicht auf, so dass im Aktorkorper 20Adjacent piezo elements 10 each have a common electrode layer, so that in the actuator body 20
Elektrodenschichten 22, 23 und piezoelektrische Schichten 24 abwechselnd übereinander angeordnet sind. Zum Herstellen des Aktorkorpers 20 werden keramische Grunfolien 50, die mit Elektrodenmaterial 51 bedruckt sind (Figuren 4A und 4B) , übereinander gestapelt und gemeinsam gesintert. Dabei entsteht der Aktorkorper 20 in monolithischer Vielschichtbauweise .Electrode layers 22, 23 and piezoelectric layers 24 are arranged alternately one above the other. To manufacture the actuator body 20, green ceramic foils 50, which are printed with electrode material 51 (FIGS. 4A and 4B), are stacked one above the other and sintered together. The actuator body 20 is produced in a monolithic multilayer construction.
Die Elektrodenschichten 22 und 23 des Aktorkorpers 20 sind an zwei elektrisch voneinander isolierte, seitlicheThe electrode layers 22 and 23 of the actuator body 20 are on two electrically insulated, lateral ones
Oberflachenabschnitte 25 und 26 gefuhrt. Gemäß einer ersten Ausfuhrungsform befinden sich die Oberflachenabschnitte 25 und 26 an den Ecken des Aktorkorpers 20 (Figur 1) . Zum Herstellen eines solchen Aktorkorpers 20 werden keramische Grunfolien mit quadratischen Grundflachen verwendet, die an jeweils einer Ecke 52 frei von Elektrodenmaterial 51 sind (Figur 4A) . Gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform erstrecken sich die Oberflächenabschnitte 25 und 26 über zwei Seiten des Aktorkörpers 20 (Figur 2) . Zum Herstellen dieses Aktorkörpers 20 werden keramische Grünfolien 50 verwendet, die entlang einer ihrer Kanten 53 frei von Elektrodenmaterial 51 sind.Surface sections 25 and 26 guided. According to a first embodiment, the surface sections 25 and 26 are located at the corners of the actuator body 20 (FIG. 1). To produce such an actuator body 20, ceramic green foils with square base areas are used, each of which is free of electrode material 51 at one corner 52 (FIG. 4A). Extend according to a second embodiment the surface sections 25 and 26 over two sides of the actuator body 20 (Figure 2). Ceramic green foils 50, which are free of electrode material 51 along one of their edges 53, are used to produce this actuator body 20.
An den beiden Oberflächenabschnitten 25 und 26 ist jeweils eine Metallisierung 27 und 28 angebracht, so dass die Elektrodenschichten 23 und 24 abwechselnd elektrisch kontaktiert sind. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich jeweils eine streifenförmige Metallisierung an den Oberflächenabschnitten 25 und 26 zweier Ecken des Aktorkörpers 20. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Metallisierung auf nahezu den gesamten Seiten des Aktorkörpers 20, die die zu kontaktierenden Oberflächenabschnitte 25 und 26 bilden, großflächig aufgetragen.A metallization 27 and 28 is attached to each of the two surface sections 25 and 26, so that the electrode layers 23 and 24 are alternately electrically contacted. According to the first embodiment, there is a strip-like metallization on the surface sections 25 and 26 of two corners of the actuator body 20. According to the second embodiment, the metallization is applied over a large area on almost the entire sides of the actuator body 20, which form the surface sections 25 and 26 to be contacted ,
An den Metallisierungen ist jeweils ein elektrisches Anschlusselement 30 bzw. 31 mit Kohlenstoff-Nanoröhren 33 elektrisch und mechanisch kontaktiert. Der durchschnittliche Röhrendurchmesser 34 der Kohlenstoff-Nanoröhren 33 beträgt wenige nm. Eine Röhrenlänge der Kohlenstoff-Nanoröhren beträgt wenige mm. Beispiel 1:An electrical connection element 30 or 31 with carbon nanotubes 33 is electrically and mechanically contacted to the metallizations. The average tube diameter 34 of the carbon nanotubes 33 is a few nm. A tube length of the carbon nanotubes is a few mm. Example 1:
Der Piezoaktor 1 verfügt über einem Aktorkörper 20 gemäß der ersten Ausführungsform (Figur 1) . Das elektrische Anschlusselement 30 und das weitere elektrische Anschlusselement 31 ist jeweils eine elektrische Kontaktfahne 35. Diese Kontaktfahnen sind zwischen starren elektrischen Anschlüssen in Form von Metallstiften 41 und 42 und der jeweiligen Metallisierung 27 und 28 angeordnet. Jede der Kontaktfahnen 35 ist über eine ihrer Kanten derart mit der entsprechenden Metallisierung 27 und 28 verbunden, dass ein vom Aktorkörper 20 abstehender Bereich 36 vorhanden ist. Jede der Kontaktfahnen 35 besteht aus einem Fasergewebe 37 aus Kohlenstoff-Nanoröhren 33. Das Fasergewebe 37 ist sowohl an der am jeweiligen Oberflächeabschnitt 25 bzw. 26 aufgetragenen Metallisierung 27 bzw. 28 als auch am jeweiligen starren Metallstift 41 bzw. 42 mit Hilfe eines Leitklebstoffs 29 geklebt.The piezo actuator 1 has an actuator body 20 according to the first embodiment (FIG. 1). The electrical connection element 30 and the further electrical connection element 31 are each an electrical contact lug 35. These contact lugs are arranged between rigid electrical connections in the form of metal pins 41 and 42 and the respective metallization 27 and 28. Each of the contact lugs 35 is connected via one of its edges to the corresponding metallization 27 and 28 in such a way that an area 36 protruding from the actuator body 20 is present. Each of the contact tabs 35 consists of a fiber fabric 37 made of carbon nanotubes 33. The fiber fabric 37 is both on the metallization 27 or 28 applied to the respective surface section 25 or 26 and on the respective rigid metal pin 41 or 42 with the aid of a conductive adhesive 29 glued.
Beispiel 2 : Im Gegensatz zum vorangegangenen Beispiel besteht jede der Kontaktfahnen 35 des elektrischen Anschlusselements 30 bzw. 31 aus einer Kupferfolie 351 (Figur 5A) mit einer Foliendicke von etwa 25 μm. Auf dieser Kupferfolie 351 sind (in Figur 5A nicht dargestellte) Kohlenstoff-Nanoröhren 33 derart angeordnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhren 33 nach der Befestigung der Kontaktfahne 35 am Aktorkörper 20 im Wesentlichen quer zur Stapelrichtung 21 des Aktorkörpers 20 ausgerichtet sind. Die Kupferfolie 351 ist mit Hilfe von Lot 29 sowohl mit dem jeweiligen Oberflächenabschnitt 25 bzw. 26 als auch mit dem starren Metallstift 41 bzw. 42 elektrisch und mechanisch leitend verbunden.Example 2: In contrast to the previous example, each of the contact lugs 35 of the electrical connection element 30 or 31 consists of a copper foil 351 (FIG. 5A) with a foil thickness of approximately 25 μm. Carbon nanotubes 33 (not shown in FIG. 5A) are arranged on this copper foil 351 in such a way that the carbon nanotubes 33 are aligned essentially transversely to the stacking direction 21 of the actuator body 20 after the contact tab 35 has been attached to the actuator body 20. The copper foil 351 is electrically and mechanically conductively connected with the aid of solder 29 both to the respective surface section 25 or 26 and to the rigid metal pin 41 or 42.
Beispiel 3: Die Kontaktfahnen 35 der Anschlusselemente 30 und 31 sind jeweils Kupferfolien, in die Kohlenstoff-Nanoröhren 33 eingebettet sind. Die Kupferfolie besteht aus einem Verbundwerkstoff aus Kupfer und den Kohlenstoff-Nanoröhren. Dieser Verbundwerkstoff wird ausgehend von einem Fasergewebe 37 aus Kohlenstoff-Nanoröhren 33 durch elektrochemisches Abscheiden von Kupfer erzeugt.Example 3: The contact tabs 35 of the connection elements 30 and 31 are each copper foils in which carbon nanotubes 33 are embedded. The copper foil consists of a composite material made of copper and the carbon nanotubes. This composite material is produced on the basis of a fiber fabric 37 made of carbon nanotubes 33 by electrochemical deposition of copper.
Beispiel 4 :Example 4:
Die Anschlusselemente 30 und 31 weisen jeweils ene mehrschichtige Kontaktfahne 35 auf. Auf einer als Trägerschicht fungierenden, elektrisch isolierenden Kunststofffolie 352 ist eine elektrisch leitende Schicht 353 mit Kohlenstoff-Nanoröhren 33 aufgetragen (Figur 5B) . In einer Alternative dazu befindet sich die elektrisch leitende Schicht 353 zwischen zwei Kunststofffolien 352 (Figur 5C) . Diese Kontaktfahnen 35 sind mit Hilfe eines Leitklebstoffs 29 an die Metallisierung 27 und 28 geklebt.The connection elements 30 and 31 each have a multilayer contact tab 35. On an electrically insulating layer that acts as a carrier layer Plastic film 352 has an electrically conductive layer 353 applied with carbon nanotubes 33 (FIG. 5B). In an alternative to this, the electrically conductive layer 353 is located between two plastic films 352 (FIG. 5C). These contact tabs 35 are glued to the metallization 27 and 28 with the aid of a conductive adhesive 29.
Beispiel 5 Der Piezoaktor 1 verfügt über einem Aktorkörper 20 gemäß der zweiten Ausfuhrungsform (Figur 2) . Die zu kontaktierenden Oberflächenabschnitte 25 und 26 erstrecken sich entlang zweier Seiten des Aktorkörpers 20. Auf den großflächigen Metallisierungen 27 und 28 der Oberflächenabschnitte 25 und 26 sind die Anschlusselemente 30 und 31 angebracht. DieExample 5 The piezo actuator 1 has an actuator body 20 according to the second embodiment (FIG. 2). The surface sections 25 and 26 to be contacted extend along two sides of the actuator body 20. The connection elements 30 and 31 are attached to the large-area metallizations 27 and 28 of the surface sections 25 and 26. The
Anschlusselemente 30 und 31 weisen jeweils ein Fasergewebe 37 aus Kohlenstoff-Nanoröhren 33 auf. Die Anschlusselemente 30 und 31 sind an die Metallisierung 27 und 28 mit Hilfe eines Leitklebers 29 geklebt.Connection elements 30 and 31 each have a fiber fabric 37 made of carbon nanotubes 33. The connection elements 30 and 31 are glued to the metallization 27 and 28 with the aid of a conductive adhesive 29.
Beispiels 6:Example 6:
Im Gegensatz zum vorangegangenen Beispiel besteht jedes der Anschlusselement 30 und 31 aus einem Verbundwerkstoff, der aus einem Kunststoff und Kohlenstof -Nanoröhren 33 gebildet ist. Der Kunststoff des Verbundwerkstoffs ist ein Silikon- Elastomer Kunststoff. Der Verbundwerkstoff ist großflächig an jeweilige die Metallisierung mit Hilfe eines Leitklebstoffs 29 geklebt. In contrast to the previous example, each of the connection elements 30 and 31 consists of a composite material which is formed from a plastic and carbon nanotubes 33. The plastic of the composite material is a silicone elastomer plastic. The composite material is largely glued to the respective metallization with the aid of a conductive adhesive 29.

Claims

Patentansprüche claims
1. Piezoelektrisches Bauteil (1) mit mindestens einem Piezoelement (10) , das mindestens zwei übereinander angeordnete Elektrodenschichten (11, 12, 23, 24)) und mindestens eine zwischen den Elektrodenschichten (11, 12, 22, 23) angeordnete piezoelektrische Schicht (13, 24) aufweist, und mit mindestens zwei elektrischen Anschlusselementen (30, 31) zur elektrischen Ansteuerung der Elektrodenschichten (11, 12, 22, 23) des Piezoelements (10) , wobei mindestens eines der Anschlusselemente (30, 31) Kohlenstoff-Fasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Fasern Kohlenstoff-Nanoröhren (33) aufweisen.1. Piezoelectric component (1) with at least one piezo element (10), the at least two electrode layers (11, 12, 23, 24) arranged one above the other and at least one piezoelectric layer (11, 12, 22, 23) arranged between the electrode layers (11, 12, 22, 23) 13, 24), and with at least two electrical connection elements (30, 31) for the electrical activation of the electrode layers (11, 12, 22, 23) of the piezo element (10), at least one of the connection elements (30, 31) carbon fibers characterized in that the carbon fibers have carbon nanotubes (33).
2. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoff-Nanoröhren (33) zu einem Fasergewebe (37 miteinander verbunden sind.2. Piezoelectric component according to claim 1, wherein the carbon nanotubes (33) are connected to form a fiber fabric (37).
3. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Anschlusselement (30, 31) ein Verbundmaterial aufweist, dass zusammen mit den Kohlenstoff-Nanoröhren einen Verbundwerkstoff bildet.3. Piezoelectric component according to claim 1 or 2, wherein the connection element (30, 31) has a composite material that forms a composite material together with the carbon nanotubes.
4. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 3, wobei das Verbundmaterial ein elektrisch isolierendes Material ist.4. Piezoelectric component according to claim 3, wherein the composite material is an electrically insulating material.
5. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich mindestens eine der Elektrodenschichten (11, 12, 22, 23) an einen seitlichen5. Piezoelectric component according to one of claims 1 to 4, wherein at least one of the electrode layers (11, 12, 22, 23) on a lateral
Oberflächenabschnitt (14, 15) des Piezoelements (10) erstreckt und dort mit dem elektrischen Anschlusselement (30, 31) mit Kohlenstoff-Nanoröhren elektrisch leitend verbunden ist. Surface section (14, 15) of the piezo element (10) extends and there is electrically connected to the electrical connection element (30, 31) with carbon nanotubes.
6. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Form eines Vielschichtaktors, bei dem eine Vielzahl von Piezoelementen (10) zu einem stapelförmigen Aktorkörper (20) mit einer Stapelrichtung (21) angeordnet sind.6. Piezoelectric component according to one of claims 1 to 5 in the form of a multilayer actuator, in which a plurality of piezo elements (10) are arranged to form a stack-shaped actuator body (20) with a stacking direction (21).
7. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 6, wobei die Piezoelemente (10) derart zu dem stapeiförmigen Aktorkörper (20) angeordnet sind, dass benachbarte Piezoelemente eine gemeinsame Elektrodenschicht (22, 23) aufweisen, die Elektrodenschichten (22, 23) der Piezoelemente in Stapelrichtung (21) des Aktorkörpers (20) abwechselnd an mindestens zwei voneinander elektrisch isolierte, seitliche Oberflächenabschnitte (25, 26) des Aktorkörpers (20) geführt sind und mindestens einer der Oberflächenabschnitte (25, 26) des Aktorkörpers (20) mit einem elektrischen Anschlusselement (30, 31) mit Kohlenstoff-Nanoröhren elektrisch leitend verbunden ist.7. The piezoelectric component according to claim 6, wherein the piezo elements (10) are arranged in relation to the stack-shaped actuator body (20) in such a way that adjacent piezo elements have a common electrode layer (22, 23), the electrode layers (22, 23) of the piezo elements in the stacking direction ( 21) of the actuator body (20) are alternately guided on at least two lateral surface sections (25, 26) of the actuator body (20) that are electrically insulated from one another and at least one of the surface sections (25, 26) of the actuator body (20) with an electrical connection element (30 , 31) is electrically conductively connected to carbon nanotubes.
8. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, wobei zumindest ein Teil der Kohlenstoff-Nanoröhren des Anschlusselements (30, 31) im Wesentlichen quer zur8. Piezoelectric component according to claim 6 or 7, wherein at least a part of the carbon nanotubes of the connection element (30, 31) substantially transverse to
Stapelrichtung (21) des Aktorkörpers (20) ausgerichtet ist .Stack direction (21) of the actuator body (20) is aligned.
9. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Oberflächenabschnitt (25, 26), der mit dem elektrischen Anschlusselement (30, 31) mit den Kohlenstoff-Nanoröhren (33) elektrisch leitend verbunden ist, eine auf dem Aktorkörper (20) aufgebrachte Metallisierung (27, 28) aufweist.9. Piezoelectric component according to claim 7 or 8, wherein the surface section (25, 26), which is electrically conductively connected to the electrical connection element (30, 31) with the carbon nanotubes (33), is applied to the actuator body (20) Has metallization (27, 28).
10. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Anschlusselement (30, 31) mit den Kohlenstoff-Nanoröhren (33) eine elektrische Kontaktfahne (35) ist, die derart mit dem Oberflächenabschnitt (25, 26) des Aktorkörpers (20) verbunden ist, dass ein vom Aktorkörper (20) abstehender Bereich (36) der Kontaktfahne (35) vorhanden ist.10. Piezoelectric component according to one of claims 7 to 9, wherein the connecting element (30, 31) with the Carbon nanotubes (33) is an electrical contact tab (35) which is connected to the surface section (25, 26) of the actuator body (20) in such a way that a region (36) of the contact tab (35) projecting from the actuator body (20) is present is.
11. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 10, wobei der vom Aktorkörper (20) abstehende Bereich (36) der Kontaktfahne (35) mit einem starren elektrischen Anschluss (41, 42) zur elektrischen Kontaktierung des Anschlusselements (30, 31) verbunden ist.11. Piezoelectric component according to claim 10, wherein the area (36) of the contact tab (35) projecting from the actuator body (20) is connected to a rigid electrical connection (41, 42) for electrical contacting of the connection element (30, 31).
12. Verwendung des piezoelektrischen Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Betätigung eines Ventils, insbesondere eines Einspritzventil einer Brennkraftmaschine . 12. Use of the piezoelectric component according to one of claims 1 to 11 for actuating a valve, in particular an injection valve of an internal combustion engine.
PCT/EP2004/050767 2003-06-24 2004-05-12 Piezoelectric component comprising electric connection elements and use of said component WO2004114424A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10328374A DE10328374A1 (en) 2003-06-24 2003-06-24 Piezoelectric component with electrical connection elements and use of the component
DE10328374.9 2003-06-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004114424A1 true WO2004114424A1 (en) 2004-12-29

Family

ID=33520890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/050767 WO2004114424A1 (en) 2003-06-24 2004-05-12 Piezoelectric component comprising electric connection elements and use of said component

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10328374A1 (en)
WO (1) WO2004114424A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005124884A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-29 Robert Bosch Gmbh Piezoelectric actuator comprising a flexible, surface-adhesive outer electrode for contacting a terminal contact
WO2007118878A1 (en) * 2006-04-19 2007-10-25 Robert Bosch Gmbh Piezo actuator comprising externally contacted inner electrodes of a piezo element
WO2008015168A1 (en) * 2006-08-03 2008-02-07 Basf Se Method for applying a metal layer to a substrate
WO2008111728A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 Top Nanosys, Inc. Film speaker
US7981266B2 (en) * 2006-11-22 2011-07-19 Drägerwerk AG & Co. KGaA Electrochemical gas sensor containing electric connection lines or housing contact bridges comprising carbon nanotubes

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008039757A1 (en) * 2008-08-20 2010-02-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Actuator element and its use
DE102020113700A1 (en) 2020-05-20 2021-11-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Piezoelectric functional network

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19930585A1 (en) * 1998-08-06 2000-02-10 Siemens Matsushita Components Piezo actuator for drive for diesel injection valve
US6376971B1 (en) * 1997-02-07 2002-04-23 Sri International Electroactive polymer electrodes

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10051784C1 (en) * 2000-10-19 2002-08-14 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Electromechanical function module
US6682677B2 (en) * 2000-11-03 2004-01-27 Honeywell International Inc. Spinning, processing, and applications of carbon nanotube filaments, ribbons, and yarns

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6376971B1 (en) * 1997-02-07 2002-04-23 Sri International Electroactive polymer electrodes
DE19930585A1 (en) * 1998-08-06 2000-02-10 Siemens Matsushita Components Piezo actuator for drive for diesel injection valve

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BAUGHMAN R H ET AL: "Carbon Nanotubes - the Route Toward Appplications", SCIENCE, AMERICAN ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE, USA, vol. 297, 2 August 2002 (2002-08-02), pages 787 - 792, XP002244531, ISSN: 0036-8075 *
NIU C ET AL: "HIGH POWER ELECTROCHEMICAL CAPACITORS BASED ON CARBON NANOTUBE ELECTRODES", APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, NEW YORK, USA, vol. 70, no. 11, 17 March 1997 (1997-03-17), pages 1480 - 1482, XP000689060, ISSN: 0003-6951 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005124884A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-29 Robert Bosch Gmbh Piezoelectric actuator comprising a flexible, surface-adhesive outer electrode for contacting a terminal contact
WO2007118878A1 (en) * 2006-04-19 2007-10-25 Robert Bosch Gmbh Piezo actuator comprising externally contacted inner electrodes of a piezo element
WO2008015168A1 (en) * 2006-08-03 2008-02-07 Basf Se Method for applying a metal layer to a substrate
US7981266B2 (en) * 2006-11-22 2011-07-19 Drägerwerk AG & Co. KGaA Electrochemical gas sensor containing electric connection lines or housing contact bridges comprising carbon nanotubes
WO2008111728A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 Top Nanosys, Inc. Film speaker

Also Published As

Publication number Publication date
DE10328374A1 (en) 2005-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006040316B4 (en) Piezoceramic Flächenaktuator and method for producing such
EP1636859B1 (en) Piezoelectric component with a predetermined breaking point, method for producing the component and use of the component
DE10328373B4 (en) Piezoelectric component with tempering device and use of the component
DE102004031404B4 (en) Piezoelectric component with predetermined breaking point and electrical connection element, method for producing the component and use of the component
WO2006103154A1 (en) Monolithic piezoelectric component comprising a mechanical uncoupling, method for producing same and use thereof
WO1998021759A1 (en) Piezo-electric driving or adjusting element
WO2000079608A1 (en) Piezoelectric actuator with an outer electrode that is adapted for thermal expansion
WO2009071426A1 (en) Piezoelectric component with outer contacting having gas-phase deposition, method for manufacturing the component and use of the component
EP1579515B1 (en) Piezo actuator
WO2004114424A1 (en) Piezoelectric component comprising electric connection elements and use of said component
DE102008048051B4 (en) Component and method for contacting a device
DE102007058874A1 (en) Piezoelectric component for use in vehicles for controlling fuel injection valve, comprises stacked piezoelement, which comprises electrode layer made of electrode material
DE102004004737A1 (en) Piezoactuator and a method for its production
DE102005013912A1 (en) piezo actuator
WO2012055682A1 (en) Piezoelectric component with contact
EP2529422B1 (en) Piezo actuator with a multilayer structure of piezo layers
EP3357099B1 (en) Electroceramic component, in particular multilayer piezo actuator
DE102004005943B4 (en) Electrical component with a piezoelectric element and an electrically conductive wire and use of the component
DE102019110736B4 (en) actuator
DE102005057950A1 (en) Stacked type of piezo electric actuator is produced with a surface coating of low electrical conductivity lacquer to avoid surface charges
DE102008031641B4 (en) Piezo actuator in multilayer construction
WO2010128001A1 (en) Piezo-actuator comprising electrical contacting pins
DE102008004227A1 (en) Piezo actuator module with several piezo actuators and a method for its production
DE10310296A1 (en) Stroke setting method for piezoelectric or electrostrictive actuator e.g. for IC engine fuel injection valve, using adjustment of number of internal electrodes supplied with operating voltage
WO2006111206A1 (en) Piezo-actuator and method for the production thereof

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application