[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

说明书

本发明公开了一种无源式柔性触摸感知薄膜器件、电路及制备方法。薄膜器件包括：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。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，中间介质层材料为聚偏氟乙烯，上述介质层通过设置不同的静电纺丝工艺参数完成加工。上、下层电路图形层材料为镓铟锡合金，通过模板印刷实现电路图形制作。通过测量薄膜器件的电容变化，判断压力大小和被触摸的位置。本发明结构简单，制作方便，输出信号线性度宽、灵敏度高，噪声小，输出性能一致性、重复性好、薄膜器件无需额外供电和信号处理；容易实现大面积成型薄膜的制作；可实现单点、多点、连续的触控，触摸感知压力大小可量化；用在真实人体身上时，透气性好。

技术领域

本发明涉及柔性电子器件技术、压力检测和传感领域，具体为一种无源式柔性触摸感知薄膜器件、电路及制备方法。

背景技术

柔性电子由于具有可弯曲、扭曲、拉伸等优点，被广泛应用于柔性传感器、可穿戴设备等领域。柔性触摸感知作为柔性电子的主要功能，可以感知外界力学、环境参数等特性，类似于人体皮肤的功能。现有的触摸感知以压力传感和形变传感为主，是将外界刺激引起的形变转变为电信号进行测量，主要传感测量方法包括电阻、电容、压电等。传统的柔性电路以聚酰亚胺作为柔性基底，并在聚酰亚胺基底上沉积金属导线，制作电路图形。此种方法制成的电路，具有普通电路板相同的功能，但不具备对外界感知的能力，也不具备拉伸特性。于是，多种可感知外界信号的柔性触摸感知方案相继提出。总结现有的各类柔性触摸感知方案，大多采用如聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸二酯、聚氨酯、聚乙烯作为柔性基底，在柔性基底间掺杂导电材料，如银、金、铜、氧化锌、石墨烯、银纳米线、碳纳米线等。上述方案目前存在如下问题：掺杂导电材料过程复杂、工艺繁琐、一致性差，在大批量生产时无法保证性能参数一致；感知输出信号线性度差、量程有限、灵敏度不高，噪声大，需要额外的信号处理电路；用在人体身上时，透气性差；部分方案还需要给柔性触摸感知电路额外供电或者额外驱动信号，能才获取感知信号；部分方案无法真正实现多点触控；部分方案无法感知触摸力度的大小。相关内容可参考文献：

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[2]许德成，高永慧，郭小辉.一种全柔性电容式触觉传感器设计与试验[J].江苏大学学报(自然科学版)，2015，36(3)：337-342.

[3]孙旭光,王春凯,刘昶等.基于碳纳米管-聚合物的柔性触觉传感器研究[J].郑州大学学报(工学版)，2019，40(6)：1-5.

[4]张晋芳，陈后金，张利达.投射式电容触摸屏高精度驱动与检测方法[J].电子科技大学学报，2016，45(5)：763-766.

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发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中各种方法的不足。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无源式柔性触摸感知薄膜器件，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。

进一步地，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。