[发明专利]一种无源式柔性触摸感知薄膜器件、电路及制备方法

权利要求书

1.一种无源式柔性触摸感知薄膜器件，其特征在于，从上往下依次设置，包括：上层基底、上层电路图形层、上层介质层、中间介质层、下层介质层、下层电路图形层、下层基底；所述上层基底、上层介质层、下层介质层、下层基底材料为热塑性聚氨酯橡胶，上层电路图形层、下层电路图形层材料为镓铟锡合金，中间介质层材料为聚偏氟乙烯。

2.根据权利要求1所述的一种无源式柔性触摸感知薄膜器件，其特征在于：上层电路图形层第一种电路图形是由n根竖直且平行的等间距镓铟锡合金导线Y1、Y2、……、Yn组成；下层电路图形层由n根水平且平行的等间距镓铟锡合金导线X1、X2、……、Xn组成；上层电路图形层的镓铟锡合金导线和下层电路图形层的镓铟锡合金导线互相垂直。

3.根据权利要求1所述的一种无源式柔性触摸感知薄膜器件，其特征在于：上层电路图形层第二种电路图形是由n行、n列的独立镓铟锡合金矩形块组成，矩形块行间距、列间距均相等；下层电路图形层由n行、n列的独立镓铟锡合金矩形块组成，矩形块行间距、列间距均相等；上层电路图形层和下层电路图形层的每个独立镓铟锡合金矩形块在y方向上相互重叠。

4.一种无源式柔性触摸感知薄膜器件电路，其特征在于：包括如权利要求1和2所述的上层电路图形层第一种电路图形；所述电路是将下层电路图形层的n根水平方向的镓铟锡合金导线X1、X2、……、Xn和第一开关选择阵列模块连接，上层电路图形层的n根竖直方向的镓铟锡合金导线Y1、Y2、……、Yn和第二开关选择阵列模块连接；第一开关选择阵列模块和单片机IC2连接、IC1的IN0A口连接，IC1型号为FDC2212；第二开关选择阵列模块2和单片机IC2连接、IC1的IN0B口连接；IC1和单片机IC2连接；第一开关选择阵列模块、第二开关选择阵列模块通过单片机IC2控制，分别将选中的水平方向镓铟锡合金导线和竖直方向镓铟锡合金导线接入IC1的IN0A、IN0B接口；同一时刻，水平方向镓铟锡合金导线X1、X2、……、Xn，竖直方向镓铟锡合金导线Y1、Y2、……、Yn均只有一根可以选中接入IC1的IN0A、IN0B接口；IC1通过测量选中的水平方向镓铟锡合金导线和竖直方向镓铟锡合金导线交叉位置的电容大小，来判断是否被触摸，并通过电容值的大小判断触摸压力的大小；单片机IC2通过控制第一开关选择阵列模块和第二开关选择阵列模块实现n根水平方向镓铟锡合金导线X1、X2、……、Xn和n根竖直方向镓铟锡合金导线Y1、Y2、……、Yn的轮循扫描。

5.一种无源式柔性触摸感知薄膜器件电路，其特征在于：包括如权利要求1和3所述的上层电路图形层第二种电路图形；所述电路是将上层电路图形层中n行、n列的独立镓铟锡合金矩形块分别和触摸开关控制芯片IC11、IC12、……、IC1n，IC21、IC22、……、IC2n，……，ICn1、ICn2、……、ICnn相连；触摸开关控制芯片型号为XDT8101；下层电路图形层中n行、n列的独立镓铟锡合金矩形块均和地相连；触摸开关控制芯片IC11、IC12、……、IC1n，IC21、IC22、……、IC2n，……，ICn1、ICn2、……、ICnn独立的连接到CPLD芯片IC3；当有对应的镓铟锡合金矩形块上方薄膜被触摸时，相应的触摸开关控制芯片产生脉冲信号，CPLD芯片IC3通过采集脉冲信号即可判断是否有镓铟锡合金矩形块被触摸。

6.一种如权利要求1-3所述的无源式柔性触摸感知薄膜器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，配制热塑性聚氨酯橡胶溶液；将100克热塑性聚氨酯橡胶颗粒溶解在浓度为25％w/v的二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶剂中，二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积均为150毫升，并在室温下磁力搅拌8小时；

步骤二，配制聚偏氟乙烯溶液；将聚偏氟乙烯粉末加入到体积比6∶4的二甲基甲酰胺和丙酮混合溶剂中，聚偏氟乙烯质量分数为8％，在45℃的水浴温度下磁力搅拌4小时；

步骤三，通过静电纺丝方法制备下层基底，静电纺丝参数为：环境温度38℃，相对湿度40％RH，注射器针头和静电纺丝不锈钢桶收集器距离为14厘米，注射器针头规格为18G，针头施加13kV电压，静电纺丝不锈钢桶收集器转速为1200转/分钟，施加的电压为-0.5kV，注射泵的流速0.05毫升/分钟，静电纺丝时间3.5小时；

步骤四，制备下层电路图形层，将电路图形掩膜版紧贴下层基底，在电路图形掩膜版倒上镓铟锡合金，用刮板将镓铟锡合金均匀的涂抹在电路图形掩膜版上表面，之后去掉电路图形掩膜版；

步骤五，通过静电纺丝方法制备下层介质层，静电纺丝参数和步骤三相同，静电纺丝时间3小时；

步骤六，通过静电纺丝方法制备中间介质层，静电纺丝参数为：环境温度30℃，相对湿度35％RH，注射器针头和静电纺丝不锈钢桶收集器距离为12厘米，注射器针头规格为20G，针头施加18kV电压，静电纺丝不锈钢桶收集器转速为1800转/分钟，施加的电压为-2kV，注射泵的流速0.03毫升/分钟，静电纺丝时间2小时；

步骤七，通过静电纺丝方法制备上层介质层，静电纺丝参数、时间和步骤五相同；

步骤八，制备上层电路图形层，将电路图形掩膜版紧贴上层介质层，在电路图形掩膜版倒上镓铟锡合金，用刮板将镓铟锡合金均匀的涂抹在电路图形掩膜版上表面，之后去掉电路图形掩膜版；第一种电路图形的掩膜版图和第二种电路图形的掩膜版图分别为n行平行镂空长条矩形和n行、n列的等间距镂空矩形阵列；采用第一种电路图形掩膜版时，平行镂空长条矩形方向和下层电路图形层的平行镂空长条矩形相互垂直；采用第二种电路图形掩膜版时，等间距镂空矩形阵列和下层电路图形层的等间距镂空矩形阵列在竖直方向上相互重叠；

步骤九，通过静电纺丝方法制备上层基底，静电纺丝参数、时间和步骤三相同。