铁电传感器制造技术

描述一种传感器(1)，所述传感器由第一电极(3a)、铁电层(2)和第二电极(3b)组成。第二电极(3b)与接地线连接并且铁电层(2)设置在第一电极和第二电极(3a，3b)之间。3b)之间。3b)之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铁电传感器


[0001]本专利技术涉及一种铁电传感器。

技术介绍

[0002]由于当前以工业4.0或物联网的概念来推进的发展的数字化，在机器彼此之间以及与人之间的相互作用变得越来越普遍。多个挑战中的一个挑战是，在这些相互作用下提高人和机器的安全性，其方式是避免事故。
[0003]在该上下文中，为了识别风险和为了避免可能的碰撞将不同的传感器类型安装在越来越智能的机器中，所述机器通常基于不同的物理效应。一方面，光学传感器或相机模块由于其探测范围的有效范围可以用于及早地识别可能的风险。另一方面，超声传感器例如适合于近距离的测量进而可以识别附近的危险。在直接邻近区域中，即当在机器和环境之间存在接触时，例如可以使用电容式传感器或电阻式传感器，如接触保护条，来探测触碰。
[0004]大多数情况下，在部分自主或完全自主的机器中安装多个不同的传感器类型，以便预防碰撞。因为传感器覆盖不同的区域，因此可以创建环境的较全面的图像。
[0005]尽管如此，将不同类型的多个传感器装入一个应用中是昂贵的。此外，不同传感器类型的使用带来高的技术耗费。不同传感器类型需要自身的操控和评估电子机构，由此整个传感器系统变复杂且变大。此外，对每个另外的传感器类型必须应用至少一个自身的稳定的和专用的功能检查，所述功能检查持续地检查传感器以及电子机构，并且使整个系统附加地变庞大。
[0006]因此，基于不同的物理效应作用并且将不同的传感器类型集于一体的传感器是期望的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是，提供一种传感器，所述传感器基于不同的物理效应产生测量信号。
[0008]所述目的通过根据权利要求1的传感器来实现。其他有利的实施方案和可能的设置方案从其他权利要求中得出。
[0009]描述一种传感器，所述传感器由第一电极、铁电层和第二电极组成。铁电层设置在两个电极之间并且第二电极与接地线连接。
[0010]测量信号可以作为电极之间的电压变化来截取。接地线可以处于接地电势。
[0011]铁电层在此可以由在电场中示出铁电特性的材料组成。优选地，层可以由具有压电特性的铁电材料，特别优选由具有热电特性的铁电材料组成。
[0012]因为所有热电材料同样是压电材料，所以在电极之间的功能层不仅相对于温度变化是敏感的，而且也相对于传感器的所有由于压电效应的变形也是敏感的。因为电极之一是接地的，所以与电极的非常接近或触碰会改变在电极和接近的物体之间的电容并且同样会造成在电极之间的电压变化。以这种方式可以充分利用在传感器之内的三种不同的物理
效应，即电容效应、压电效应和热电效应。
[0013]将热电效应、压电效应和电容效应在传感器之内结合是特别有利的，因为这三个效应适合于检测不同的事件。借助热电效应能记录来自环境的温度变化。由此能从远处无触碰地确定例如来自人的体热或机器的热量产生的温度变化。电容效应同样可以用于无触碰的探测，然而为此需要非常接近传感器。然而有利的是，当热电效应的探测由于处于相同温度的物体接近没有得到传感器信号或仅得到小的传感器信号时，那么接近也可以经由电容效应探测。对热电效应互补地，可以充分利用压电效应或电容效应，以便检测传感器与其他物体的触碰。附加地，压电效应或电容效应可实现改进的探测，因为在传感器相同时，通过热电效应产生与压电效应或电容效应相比弱10倍至100倍的电压信号。然而，压电效应与电容效应的不同之处在于，对于在压电效应下在电极处的电压变化必须发生压电层的主动的空间变形，而在电容效应下静止的触碰已经造成电压变化。因此，通过压电效应例如在传感器在空间上向外突出的情况下通过压电层的弯曲引起电压变化，其中所述传感器是柔性的并且通过接近的物体弯曲。电压变化适合于测量与接近的物体的间距，因为电压变化的高度与弯曲的程度相关。相反地，如果变形的压电层静止，或不发生变形，则不出现基于压电效应的电压变化。在此情况下，电容效应如下作用，如果接地的电极被触碰，则所述电容效应在层不变形的情况下也造成在电极之间的电压变化。
[0014]通过传感器可以将不同的物理效应用作为探测的基础，可以减少必须在一个应用中安装的不同的传感器类型的数量。此外，所需的操控和评估电子机构可以简化和减少，因为所述操控和评估电子机构不必对每种传感器类型单独提供。如果此外在传感器中利用覆盖互补的探测范围的不同的物理效应，那么可以得出环境的更准确的概览进而确定物体的接近。
[0015]电信号的测量出的变化可以包括信号
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时间变化曲线和/或幅值和/或时间刻度和/或时间动态和/或极性的变化。由此可行的是，检测电信号的整个动态。
[0016]电信号可以包括电压和/或电荷和/或电容和/或极性。由此，电信号可以与测量类型无关或可以基于不同的测量原理进行测量。
[0017]铁电层可以具有聚合物、陶瓷或聚合物陶瓷基体，其中作为聚合物可以使用聚偏二氟乙烯(PVDF)和其共聚物并且作为陶瓷可以使用锆钛酸铅(PZT)或BaTiO3。前述实例在此是如下铁电材料，其具有热电特性以及满足工业要求。PVDF是热电塑料，其是可弯曲的进而是特别适合的。用于将PVDF涂覆在第一电极上的适合的方法可以是旋涂、丝网印刷或喷墨印刷。而PZT和BaTiO3是热电陶瓷，其仅作为薄层是柔性的。PZT陶瓷可以附加地掺杂有Na、Ca或La，以便调整电特性。如果热电层是PZT、BaTiO3或其他无铅的或含铅的陶瓷，那么这些热电层可以经由薄层法，例如CVD、PVD，经由溶胶
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凝胶法与旋涂的组合或经由丝网印刷涂覆在第一电极上。
[0018]第一电极以及第二电极可以由在UV
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可见范围内和/或优选在IR范围内透明的和/或能导热的材料构成。由此可以保证，红外的热辐射直接到达铁电层进而提高传感器的灵敏度。适合的材料例如可以是ITO、PEDOT:PSS、石墨、金属纳米管、碳纳米管或石墨烯。
[0019]此外，电极可以由一层或多层的金属，如Al、Cr、Ni、Ag、Cu，或这些元素的混合物，金属间化合物以及合金组成或具有这些元素。优选地，在此涉及溅射层。在溅射层的情况下也可以将不同金属的多个层上下相叠地溅射，例如Cr/Ni/Ag。通过选择相应的金属可以改
进传感器的例如通过焊接的接触，因为可实现更好的附着。由金属构成的电极具有高的导电性和导热性，由此不会强烈地损害传感器的灵敏度。
[0020]此外，传感器可以具有另外的第一电极、第二电极和铁电层，其中铁电层设置在第一和第二电极之间。通过将传感器实现为多层构件，可以将多个功能铁电层相继排列并且提高传感器的灵敏度以及准确性。
[0021]在元件上或在元件之间的设置可以是直接的设置，其中所设置的元件彼此触碰并且直接置于彼此上，或者是间接的设置，其中在相叠设置的元件之间可以有另外的元件。电极在每种情况下都直接设置到铁电层上，使得所述电极触碰所述铁电层并且建立电接触。
[0022]在多层构件中可行的是，单独地接触各个功能层。在此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种传感器(1)，具有
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第一电极(3a)，
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铁电层(2)，
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第二电极(3b)，其中所述第二电极(3b)与接地线连接并且所述铁电层(2)设置在所述第一电极和第二电极(3a，3b)之间。2.根据上一项权利要求所述的传感器(1)，其中所述铁电层(2)具有聚合物、陶瓷或聚合物
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陶瓷
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基体。3.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其中所述第一电极和/或所述第二电极(3a，3b)具有透明的且能导热的以及能导电的材料。4.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其中所述第一电极和/或所述第二电极(3a，3b)具有一种或多种金属，其中所述一种金属或所述多种金属具有Al、Cr、Ni、Ag、Cu、Fe以及这些元素的混合物或合金。5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其中所述第一电极和/或所述第二电极(3a，3b)具有在UV
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可见范围和/或IR范围内透明的导电层。6.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其中所述第一电极和/或所述第二电极(3a，3b)具有ITO、PEDOT:PSS、银、纳米线、石墨、碳纳米管或石墨烯。7.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其中所述传感器(1)具有另外的第一电极(3a)、第二电极(3b)和铁电层(2)，并且其中所述铁电层(2)设置在所述第一电极和所述第二电极(3a，3b)之间。8.根据权利要求7所述的传感器(1)，其中所有第一电极(3a)彼此并联连接并且所有第二电极(3b)彼此并联连接，其中在所述第一电极和所述第二电极之间读取电信号(S)。9.根据权利要求7所述的传感器(1)，其中各个铁电层(2)被单独地接触，并且对每个所述铁电层(2)在各一个所述第一电极(3a)和各一个所述第二电极(3b)之间读取电信号。10.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其中所述第一电极(3a)设置在所述传感器(1)的内部，所述铁电层(2)包覆所述第一电极(3a)并且所述第二电极(3b)包覆所述铁电层(2)。11.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器(1)，其中所述传感器(1)具有绝缘层(9)，在所述绝缘层上设置有所述第一电极(3a)或第二电极(3b)，并且其中所述传感器(1)卷起，使得所述绝缘层(9)位于内侧上。12.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器(1)，其中所述传感器(1)具有承载材料(4)。13.根据上一项权利要求所述的传感器(1)，
其中在所述承载材料(4)上设置有所述第一电极(3a)或第二电极(3b)。14.根据权利要求12所述的传感器(1)，其中所述传感器(1)具有绝缘层(9)，在所述绝缘层上设置有所述第一电极(3a)或第二电极(3b)，并且其中所述传感器(1)卷起，使得所述绝缘层(9)设置在所述承载材料(4)上。15.根据权利要求12所述的传感器(1)，其中所述承载材料(4)设置在所述传感器(1)的内部，并且所述第一电极(3a)包覆所述承载材料(4)，所述铁电层(2)包覆所述第一电极(3a)并且所述第二电极(3b)包覆所述铁电层(2)。16.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑德罗，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：