Silikonfolien als Sensor oder Aktor für einen Touchscreen

14.10.2019

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Eine spezielle Silikonfolie soll bei einem Monitor ein haptisches Feedback erzeugen. Auch der Einsatz als Sensor ist möglich. Dazu ist das Silikon mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet.

Das Siliconlaminat mit dem Markennamen Nexipal besteht aus ultradünnen, mit Elektroden beschichteten Präzisionsfilmen und kann als Aktuator Bewegungen ausführen oder als Sensor mechanische Verformungen messen.
(Bild: Wacker)

Monitore, die bei Bedienung eine Rückmeldung geben, sollen für mehr Sicherheit bei Anlangen und Maschinen sorgen. Mit der Silikonmatte unter dem Markennamen Nexipal hat Wacker ein Silikonlaminat mit elektroaktiven Eigenschaften entwickelt. Vor dem Laminieren hat der Hersteller das Silikon mit elektrisch leitfähigen Material beschichtet. Der so entstandene Aktor kann Bewegungen ausführen, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Zudem lässt sich mit der Silikonmatte eine mechanische Verformung messen, womit sich die Folie auch als Sensor einsetzen lässt.

Entsprechend ausgestattete Bildschirme können beispielsweise durch Vibrationen und haptische Signale Tasten simulieren, die sich nur mit dem Tastsinn erkennen lassen. Der Anwender muss nicht mehr auf den Bildschirm schauen, wenn er diesen bedient.

Elektroaktive Effekte

Grundlage der Laminattechnik ist der Elastosil-Film. Die ultradünne Silikonfolie produziert Wacker als Rollenware in Stärken zwischen 20 und 400 µm. Aufgrund ihrer dielektrischen Eigenschaften entstehen die gewünschten elektroaktiven Effekte des Laminats. Damit die Silikonfolie Bewegungen ausführen oder messen kann, wird sie mit einem elektrischen Leiter beschichtet und anschließend lagenweise zu einem Laminatstapel zusammengefügt.

Die Laminate mit dem Markennamen Nexipal bestehen aus mehreren ultradünnen, mit elektrisch leitfähigem Material beschichteten Präzisionsfolien. Jede Folienlage ist somit zwischen zwei flexiblen Elektroden eingebettet. Liegt eine elektrische Spannung an, ziehen sich die positiven und negativen Ladungsträger der Elektroden an.

Der dazwischen liegende Silikonfilm verändert dadurch seine Form: er wird dünner, zugleich aber auch länger und breiter, wobei sich die Oberfläche proportional zur Kompression ausdehnt. Im entladenen Zustand sorgt die Rückstellkraft der hochelastischen Folie dafür, dass das Laminat wieder seine ursprüngliche Form annimmt. Dieser Vorgang lässt sich beliebig oft wiederholen.

Polymerlaminate als Sensor

Elektroaktive Silikonlaminate besitzen gegenüber der bestehenden Magnetspulentechnik unter anderem den Vorteil, nur während des Schaltvorgangs elektrische Energie zu verbrauchen. Außerdem produzieren die Laminate keine Wärme. Eine Kühlung des Bauteils soll dadurch überflüssig werden. Jede mechanische Einwirkung verändert außerdem die elektrische Kapazität des Laminats.

Elektroaktive Polymerlaminate arbeiten auch als Sensoren. Dank der Doppelfunktion lässt sich das Laminat in der Medizintechnik, Sensorik, Robotik und im Auto einsetzen, wo sie beispielsweise Scheinwerfer oder Spiegel ausrichten können. Möglich ist auch, sie wie ein künstlicher Muskel fließende Bewegungen auszuführen.