[發(fā)明專利]一種自驅(qū)動可視化電子皮膚

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410016459.0
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103778867A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張海霞;韓夢迪;孟博;張曉升;劉雯
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G09F9/35
• 分類號: G09F9/35;G09F9/37;G09G3/36;G09G3/34;H02N1/04;H02N2/18
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微能源、傳感器與電子顯示領(lǐng)域，具體涉及一種自驅(qū)動可視化電子皮膚。

背景技術(shù)

隨著科技水平的不斷提高，使用機(jī)器代替手工勞動的方法已經(jīng)被越來越多的公司、科研院所所采用。為了使機(jī)器具備像人一樣的觸覺，電子皮膚的研發(fā)制備成為目前研究的熱點。例如，Someya,T.研究組制備出一種超輕量電子皮膚，可應(yīng)用于醫(yī)療檢測、傳感等領(lǐng)域[Someya,T.et?al.Nature,vol.499,pp.458-463.]；Javey,A.研究組制備出一種可視化的壓力傳感電子皮膚，可將外加壓力直觀地通過有機(jī)發(fā)光二極管顯示出來[Javey,A.et?al.Nature,vol.499,pp.458-463.]。

通過不同的方法，可以提高電子皮膚的各種性能指標(biāo)。但是，目前的電子皮膚正常工作時均需要外加電源。外加電源主要有兩個作用：一是為了保證電子皮膚的正常工作，二是為測量、分析設(shè)備供電。在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)或惡劣環(huán)境下，無法實現(xiàn)傳輸線供電和更換電池，在這種場合下電子皮膚無法正常工作，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用擴(kuò)展。因此，設(shè)計制備一種無需外加電源的自驅(qū)動電子皮膚十分有必要。同時，為了避免測量、分析設(shè)備所必需的電源，自驅(qū)動電子皮膚需直接將外界信號轉(zhuǎn)化為可視化信息。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種自驅(qū)動可視化電子皮膚，包括如下技術(shù)方案：包含顯示模塊和發(fā)電模塊。所述顯示模塊由m×n個顯示單元組成，每個顯示單元均為液晶顯示屏或電潤濕顯示屏；所述發(fā)電模塊由m×n個發(fā)電單元組成，每個發(fā)電單元均為摩擦發(fā)電機(jī)或壓電發(fā)電機(jī)（m、n為正整數(shù)）。所述液晶顯示屏包括：下偏光片、下玻璃、下電極、支撐結(jié)構(gòu)、液晶、上電極、上玻璃、上偏光片。液晶位于上、下電極與支撐結(jié)構(gòu)組成的密封腔內(nèi)。所述上、下電極為導(dǎo)電性好的透明材料，如銦錫金屬氧化物（Indium?Tin?Oxide，ITO）等；所述支撐結(jié)構(gòu)為絕緣材料。

所述電潤濕顯示屏包括：白色沉底、下電極、疏水層、支撐結(jié)構(gòu)、油、水、上電極。油、水位于上電極、疏水層與支撐結(jié)構(gòu)組成的密封腔內(nèi)，油位于疏水層與水之間，水位于油與上電極之間。所述上、下電極為導(dǎo)電性好的透明材料，如銦錫金屬氧化物（Indium?Tin?Oxide，ITO）等;所述疏水層為疏水性能好的材料如特氟龍、硅烷等；所述支撐結(jié)構(gòu)為絕緣材料。

所述摩擦發(fā)電機(jī)自下至上依次為：正極性摩擦材料電極、正極性摩擦材料、負(fù)極性摩擦材料電極、負(fù)極性摩擦材料。所述正、負(fù)極性摩擦材料電極為導(dǎo)電性好的金屬、合金或金屬氧化物；所述正極性摩擦材料為容易失去電子帶正電荷的材料，如氧化硅、玻璃、紙、尼龍、金屬鋁、金屬銅、金屬金等；所述負(fù)極性摩擦材料為容易得到電子帶負(fù)電荷的材料，如聚四氟乙烯、聚酰亞胺、聚對二甲苯、聚二甲基硅氧烷、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。

特別地，摩擦發(fā)電機(jī)還可以只由正極性摩擦材料電極、正極性摩擦材料構(gòu)成；摩擦發(fā)電機(jī)還可以只由負(fù)極性摩擦材料電極、負(fù)極性摩擦材料構(gòu)成；摩擦發(fā)電機(jī)還可以將正、負(fù)極性摩擦材料排放在同一平面，構(gòu)成共面式結(jié)構(gòu)。所述壓電發(fā)電機(jī)自下至上依次為：下電極、壓電材料、上電極。所述上、下電極為導(dǎo)電性好的金屬、合金或金屬氧化物。所述壓電材料為聚偏氟乙烯（Polyvinylidene?fluoride，PVDF）、鋯鈦酸鉛（PZT）、氧化鋅（ZnO）、鈦酸鋇（BaTiO₃）、氮化鋁（AlN）等。

有益效果

1、本發(fā)明提出的電子皮膚無需外加電源即可正常工作，拓寬了電子皮膚的應(yīng)用范圍。

2、本發(fā)明提出的電子皮膚可直接將外界壓力信號轉(zhuǎn)化為可視化信息，無需任何處理電路和測量分析設(shè)備，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的自驅(qū)動可視化電子皮膚三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的自驅(qū)動可視化電子皮膚側(cè)視圖；

圖3為液晶顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為電潤濕顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為摩擦發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為壓電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7由液晶顯示屏與摩擦發(fā)電機(jī)組成的自驅(qū)動可視化電子皮膚的工作原理示意圖。

具體實施方式

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。