Aktoren aus nanoskaligen porösen Metallen mit einer Arbeitsspannung von etwa 1 Volt

Piezokeramiken werden in der Messtechnik und Aktorik für die unterschiedlichsten Positionier- und Stellsysteme benötigt. In der Regel benötigen sie eine Arbeitsspannung zwischen 100 V und 1000 V.

Aktoren aus nanoporösen Metallen arbeiten bereits bei einer Arbeitspannung von 1 V und ermöglichen zudem eine sehr kompakte, platzsparende Bauweise. Durch den Einsatz von zwei unterschiedlichen nanoporösen Metallen lässt sich der Effekt noch erhöhen bzw. die Baugröße weiter verringern.Entwickelt wurde ein Herstellungsverfahren, mit dem sowohl die Poren durch Kanäle als auch die Nanoteilchen durch Steg durchgängig verbunden werden. Wird der Porenraum mit einem Elektrolyten gefüllt, so entstehen zwei einander durchdringende Leitfähigkeitspfade. Das Metallskelett leitet Elektronen, der Elektrolyt leitet Ionen. Die Leiter berühren sich überall auf ihrer Oberfläche; bei Anlegen einer Spannung bilden sich Raumladungszonen aus.

Besonders anwendungsfreundlich ist eine Verbundstruktur, die aus einer dünnen Schicht aus nanoporösem Metall und einer kompakten Metallfolie besteht und die ähnlich wie ein Bimetallthermometer aufgebaut ist. Eingetaucht in einen Elektrolyten verbiegt sich die Verbundstruktur, wenn sich die Schicht aus nanoporösem Metall dehnt bzw. zusammenzieht. Auf diese Weise wird die Dehnung der Schicht mechanisch verstärkt und damit sichtbar.

Dr. Stephan Gärtner
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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