[發明專利]基于摩擦電的柔性自供能簽字板

有效

• 申請號: 202010185921.5
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111273823B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 吳俊;段升順
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F3/045
• 分類號: G06F3/045;H02N1/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于摩擦電的柔性自供能簽字板，包括第一柔性摩擦材料、數據獲取層、第二柔性摩擦材料，柔性墊圈，第三柔性摩擦材料和寫字筆；所述數據獲取層包括行掃描器、頂電極、柔性介質層、列掃描器和底電極。具體地，由脈沖電壓采集電路采集x,y軸上的脈沖電壓信號，從而確認筆跡在簽字板上劃過的準確數據。本發明的基于柔摩擦電的柔性自供能簽字板，對于傳統的硬質結構的簽字板在感應原理與簽字板的結構方式上做出了改進，為簽字板的存在模式提供了新的思路，由于其外形的可彎曲折疊與獨特的材料選擇使得柔性簽字板兼具便攜性與輕量性。

技術領域

本發明涉及柔性電子及簽字板，具體涉及一種基于摩擦電的柔性自供能簽字板。

背景技術

目前的簽字板的結構設計主要是硬質化的，其較大的面積使得其不易攜帶，并且，現有的簽字版主要采用電磁感應原理，需要不斷的能源供給。

隨著手機的普及，一些基于手機端的數字簽字軟件也不斷出現，但是，其書寫模式導致在手機等屏幕端的簽字不夠美觀。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種基于摩擦電的柔性自供能簽字板，以改善傳統簽字板的剛性結構設計以及目前手機端數字簽字板簽字字體不美觀的問題，使得柔性簽字板兼具高便攜性和易寫性。

技術方案：一種基于摩擦電的柔性自供能簽字板：包括第一柔性摩擦材料層、數據獲取層，第二柔性摩擦材料層，第三柔性摩擦材料層，絕緣封裝層和簽字單元；

所述數據獲取層包括行掃描器和頂電極、柔性介質層、列掃描器和底電極、信息采集轉換電路；所述頂電極和行掃描器電連接，位于柔性介質層的上方，所述底電極和列掃描器電連接，位于柔性介質層的下方，所述柔性介質層作為信息采集轉換電路的支撐層和電絕緣層，采用柔性有機絕緣材料；

簽字單元和第一柔性摩擦材料層組成第一接觸-分離摩擦層，第二柔性摩擦材料層和第三柔性摩擦材料層之間設有柔性墊圈，第二柔性摩擦材料層、柔性墊圈和第三柔性摩擦材料層組成第二接觸-分離摩擦層；所述第一接觸-分離摩擦層、第二接觸-分離摩擦層分別用于獲取書寫軌跡的行、列信號；

列掃描器和行掃描器對整個摩擦電陣列進行掃描，對于簽字板二維平面位置(i,j)，頂電極的第i根輸出線和底電極的第j根輸出線將信號輸出到信息采集轉換電路，之后通過電路解算出對應柔性簽字板二維平面位置(i,j)處的是否有電壓輸出，從而表征該位置(i,j)處是否有筆勢劃過，其中，1≤i≤N，1≤j≤M，N為頂電極的數目，M為底電極的數目。

進一步的，所述簽字單元和第一柔性摩擦材料層采用具有正負摩擦極性差的柔性材料。所述第一柔性摩擦材料層優選采用PDMS。所述簽字單元為簽字筆或者手指，所述簽字筆的筆尖優選采用尼龍。

進一步的，所述第二柔性摩擦材料層和第三柔性摩擦材料層采用具有正負摩擦極性差的柔性材料。所述第二柔性摩擦材料層優選采用尼龍膜。所述第三柔性摩擦材料層優選采用PTFE膜。

進一步的，所述頂電極/底電極采用金屬材料，液態金屬或者納米導電材料。

進一步的，所述柔性介質層采用高分子有機絕緣聚合物，優選為采用摩擦極性與第一柔性摩擦材料層和第二柔性摩擦材料層相同的PDMS材料，PDMS具有良好的電絕緣性。

進一步的，所述柔性墊圈采用樹脂材料。

和現有技術相比，本發明具有如下顯著優點：

本發明基于摩擦電原理，采用摩擦電輸出電壓獲取筆跡信號，不需要供電，具有自供能的顯著優點。柔性電子下的摩擦電效應，是通過摩擦接觸-分離效應，將書寫的筆勢轉換為電壓脈沖信號。基于該原理，通過陣列化的設計，以及增加陣列中xy電極的數目，可以顯示書寫字體的準確識別。而柔性的特性給簽字板帶來了全新的結構設計形式，其全硬質的模式將轉變為可彎曲折疊，便攜的柔性模式，會給其帶來更強大的便攜性和更輕的重量。