CN102053734B - 触控笔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触控笔，包括笔杆和笔头，所述笔头具有柔性及导电性。使用时所述笔头与触摸屏之间形成接触电容，所述笔头由多个碳纳米管组成。

Description

触控笔

技术领域

本发明涉及一种触控笔，尤其涉及一种应用于触摸屏的触控笔。

背景技术

近年来，伴随着移动电话与触摸导航系统等各种电子设备的高性能化和多样化的发展，在液晶等显示设备的前面安装透光性的触摸屏的电子设备逐步增加。这样的电子设备的使用者通过触摸屏，一边对位于触摸屏背面的显示设备的显示内容进行视觉确认，一边利用手指或笔等方式按压触摸屏来进行操作。由此，可以操作电子设备的各种功能。

按照触摸屏的工作原理和传输介质的不同，现有的触摸屏分为四种类型，分别为电阻式、电容式、红外线式以及表面声波式。其中电容式触摸屏因敏感度较高、所需触碰力度较小而应用较为广泛。

现有的电容式触摸屏包括一个透明导电层，该透明导电层连接有多个电极。使用时，通常采用手指或者一个触控笔触摸电容屏的表面，触摸物与透明导电层之间形成一接触电容，通过外接电路感测触摸点与触摸屏表面的透明导电层的各个电极之间的电信号，从而可以判断出触摸点在触摸屏上的位置。现有触控笔的笔尖为了获得良好的导电性，一般由金属材质制成。然而，通过金属材质制成的触控笔的笔头，硬度较高，容易对触摸屏造成损伤，并且其与触摸屏接触时的接触电容以及灵敏度仍有待改进。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种使用时与触摸屏之间接触电容大、具有较高灵敏度，并且对触摸屏伤害较小的触控笔。

一种触控笔，包括笔杆和笔头，所述笔头具有柔性及导电性。所述笔头使用时与触摸屏之间形成接触电容。所述笔头由多个碳纳米管组成。

与现有技术比较，由于碳纳米管具有非常好的导电性、较大的比表面积以及较好的柔性，使得本发明触控笔的笔头与电容式触摸屏接触时，在单位接触面积上的接触电容较大，具有较高的灵敏度。另外，由于碳纳米管比金属摩擦系数更小，所以该笔头不易损伤触摸屏。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的触控笔的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的触控笔的笔杆的结构示意图。

图3为本发明第一实施例触控笔的笔头的的剖示图。

图4为本发明第一实施例触控笔的空心结构的笔头的示意图。

图5为本发明第一实施例的触控笔的具有螺旋带状触碰材料层的笔头的结构示意图。

图6为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头使用的碳纳米管高分子复合材料的示意图。

图7为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用的一种具有碳纳米管结构的碳纳米管复合材料的结构示意图。

图8为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用的另一种具有碳纳米管结构的碳纳米管复合材料的结构示意图。

图9为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图10为图8中的碳纳米管结构为碳纳米管阵列时，触控笔的笔头的触碰材料层的结构示意图。

图11为碳纳米管阵列中的碳纳米管露出柔性高分子基体的表面的触碰材料层的结构示意图。

图12为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用的一种碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。

图13为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所采用的一种包括沿同一方向择优取向排列的碳纳米管的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图14为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用的另一种包括沿不同方向择优取向排列的碳纳米管的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图15是本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用多根平行设置碳纳米管线形成的碳纳米管结构设置于柔性高分子基体表面形成的触碰材料层的示意图。

图16是本发明第一实施例的触控笔的笔头所使用多根交叉设置碳纳米管线形成的碳纳米管结构设置于柔性高分子基体表面形成的触碰材料层的示意图。

图17为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用的一种非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图18为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用的一种扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图19为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头使用的由碳纳米管和导电材料形成的多孔碳纳米管复合材料的结构示意图。

图20为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头使用的石墨烯高分子复合材料的结构示意图。

图21为本发明第一实施例提供的触控笔的笔头所使用的石墨烯的结构示意图。

图22为本发明第一实施例提供的触控笔的触碰材料层的一种结构示意图。

图23为本发明第二实施例的触控笔的结构示意图。

图24为本发明第二实施例的触控笔的笔头的结构示意图。

图25为本发明第三实施例的触控笔的结构示意图。

主要元件符号说明

触控笔                        100，200，300，

碳纳米管结构                  12

笔杆                          110

固定端                        114

笔头                          120，220，320，

支撑体                        121

固定部                        122，222，322

主体                          124

触碰材料层                    125

封闭空间                      126，326

碳纳米管                      22

柔性高分子基体                24

碳纳米管线状结构              25

石墨烯                        28

碳纳米管线                    152

触碰部                        224，324

微孔                          225

导电材料层                    226

固定端                        252

触碰端                        254

石墨烯层                      280

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的触控笔。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种用于触摸屏的触控笔100。该触控笔100包括笔杆110以及设置于该笔杆110一端的笔头120。所述笔头120具有柔性和导电性。

本发明触控笔100的笔杆110的作用主要是为用户提供操作笔头120时的把持部位。当所述触控笔100为靠人体导电性来达成触控操作的笔时，所述笔杆110需要具有将人手上的静电荷传递至笔头120的功能，也就是说所述笔杆110需要与笔头120电连接。当所述触控笔100并非靠人体导电性来达成触控操作的笔时，如在笔杆110内设置一与所述笔头120电连接的电容性导体的电容式触控笔100，所述笔杆110与笔头120之间不必一定要导电性连接，只要保证笔头120与触摸屏之间能够形成接触电容即可。可以理解为，本发明触控笔100的笔杆110的材料、结构、形状以及与笔头120之间的连接方式均可以根据实际需要去选择或者改变。本实施例中，以靠人体静电的触控笔100并以筒状金属笔杆110为例，来重点说明本发明触控笔100的笔头120结构。

请参见图2，所述笔杆110为空心筒状结构，具有一个固定端114。笔杆110的固定端114内部设置有内螺纹用于安装所述笔头120，所述笔头120拧入所述笔杆110的固定端114。当笔头120拧入所述笔杆110的固定端114时，笔头120与所述笔杆110电连接。可以理解，笔头120与笔杆110的连接方式不限于此，可以根据笔杆110和笔头120的形状、结构以及材料在现有技术中的各种连接方式中选择适当的方式，只要能够保证笔杆110与笔头120电连接即可。

请参见图3，所述笔头120由一个支撑体121以及一个触碰材料层125构成。该触碰材料层125设置于所述支撑体121的外表面。所述支撑体121为柔性材料构成，所述触碰材料层125为具有柔性的导电材料构成。笔头120的形状可以根据实际需要设计，可以为球状，锥状，圆台状等等，本实施例中笔头120为圆锥状。由于笔头120具有柔性，在使用时，可以通过压力控制笔头120与触摸屏之间的接触面积，从而控制触控笔10与触摸屏之间的接触电容的大小。

所述支撑体121具有一固定部122和一主体124，所述固定部122和所述主体124可以为一体成型的整体实心结构。所述固定部122的外表面设有外螺纹，正好与所述笔杆110的固定端114的内螺纹相匹配，从而可以将笔头120固定于笔杆110的固定端114。所述主体124的形状可根据实际需要设计，可以为球状，锥状，圆台状等等。所述主体124用于设置所述触碰材料层125，所述触碰材料层125可以将主体124全部覆盖，也可以部分覆盖。所述触碰材料层125至少部分覆盖所述固定部122和主体124的连接处，从而当笔头120安装在笔杆110的固定端114后，触碰材料层125与笔杆110电连接。

所述支撑体121为柔性高分子材料构成，所述柔性高分子材料可以为硅橡胶、聚氨脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯及聚丙烯腈等中的一种或几种的组合。所述支撑体121还可以由具有较高介电常数的柔性聚合物材料组成，该高介电常数的柔性聚合物材料可以为胶态。所述支撑体121还可以为导电高分子材料，导电高分子材料具有较高的介电常数，用作支撑体121时，可以使笔头120本身具有较大的电容。所述导电高分子材料可以为聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。本实施例中，所述支撑体121的材料为硅橡胶。

请参见图4，所述支撑体121还可以为一个空心结构的支撑体121。可以在所述主体124的内部形成一个封闭空间126，从而制成一个空心结构的笔头120。当该支撑体121为空心结构时，其壁厚可以选择为0.1毫米至2毫米。当该支撑体121为空心结构时，该笔头120的柔韧性可以得到进一步提高。

请参见图5，所述触碰材料层125可以为螺旋带状形成于所述主体124的外表面。该螺旋带状的触碰材料层125的螺旋半径沿着笔尖向着笔杆110的方向逐渐增大。具体地，所述主体124的外表面可以设置有螺旋状沟槽，该螺旋状沟槽的螺旋半径由主体124的端部向固定部122螺旋延伸，并且螺旋半径由小到大。所述触碰材料层125可以设置在上述螺旋状沟槽内，并且触碰材料层125的厚度大于沟槽深度，从而使得所述触碰材料层125凸出于主体124的外表面，用于与触摸屏接触。由于螺旋带状的触碰材料层125的螺旋半径由笔头120的笔尖向笔杆的方向逐渐增大。使用时，随着压力的增大，笔头120的弯曲程度增大，触碰材料层125与触摸屏基板接触的面积也逐渐增大。从而可以控制与触摸屏之间的接触面积的大小，从而控制笔划的粗细。由于所述螺旋带状的触碰材料层125只是部分包覆了主体124的表面，相对于完全包覆主体124表面，比较节省原材料。可以理解，所述主体124的表面也可以不设置螺旋沟槽，直接将螺旋带状的触碰材料层125设置于所述主体124的表面，并且由主体的端部向固定部122螺旋延伸，并且螺旋半径沿着笔尖向着笔杆110的方向由小到大。

所述触碰材料层125用于与触摸屏的表面接触，并与之形成接触电容。通过与触摸屏接触面积的变化而实现接触电容的变化，从而使得触摸屏能够感知出笔画的粗细。该触碰材料层125的厚度可以为1微米至2毫米，该触碰材料层125具有导电性。为了增大该触控材料层125的比表面积，该触碰材料层125可以为：碳纳米管，石墨烯；碳纳米管与柔性高分子构成的复合材料；石墨烯与柔性高分子构成的复合材料；或者是碳纳米管与金属构成的复合材料构成。下面将分别介绍：碳纳米管均匀分散在柔性高分子基体中形成的复合材料，碳纳米管结构设置于柔性高分子基体的表面形成的复合材料，碳纳米管结构中的每个碳纳米管表面包覆一层导电层形成的复合材料，以及石墨烯均匀分散在柔性高分子基体中或者设置于柔性高分子基体表面形成的复合材料。

请参见图6，所述触碰材料层125可以由一种碳纳米管高分子复合材料构成。该碳纳米管高分子复合材料由柔性高分子基体24以及分散于该柔性高分子基体24内的多个碳纳米管22组成。该多个碳纳米管22均匀分散于所述柔性高分子基体24内，并且相互连接形成导电网络。为了实现碳纳米管22在柔性高分子基体24内形成导电网络，该碳纳米管22的质量百分含量应大于5％。由于碳纳米管22具有非常大的比表面积，以及较高的导电性。该笔头120在使用时，由于触碰材料层125具有较大的比表面积，就可以存储更多的从使用者的手部传导来的静电荷，从而提高了笔头120与触摸屏之间的接触电容。另外，该掺杂有碳纳米管22的高分子复合材料构成的触碰材料层125与触摸屏构成的单位面积上的电容较大，从而更加灵敏。而且，由于碳纳米管22是中空结构，其具有非常小的质量，其特殊的化学键结构使得碳纳米管22又具有非常高的强度以及弹性模量。除此之外，由于碳纳米管22具有非常大的长径比(大于1000∶1)，碳纳米管22还具有非常好的柔韧性，施加外力后可以很好的恢复形状。因此，采用碳纳米管22与柔性高分子基体24形成的高分子复合材料构成的笔头120，具有较轻的质量，以及较高的耐刮擦度，从而具有较长的使用寿命。采用分散的碳纳米管22设置于柔性高分子基体24中构成的高分子复合材料构成的笔头120，还可以有部分碳纳米管22从高分子基体24的外表面露头，从而更好的与触摸屏接触，另外由于该碳纳米管复合材料相对于金属更加柔软，因此还不易损伤触摸屏。

所述柔性高分子基体24为具有一定厚度的片材，厚度为1微米至2毫米之间。所述柔性高分子基体24为柔性高分子材料构成，该柔性材料导电性不限，只要具有柔性即可。所述柔性高分子基体24的材料为柔性高分子材料，如硅橡胶、聚氨脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯及聚丙烯腈等中的一种或几种的组合。本实施例中，所述柔性高分子基体24的材料为硅橡胶。

请参阅图7，所述触碰材料层125还可以由一个具有整体结构的碳纳米管结构12设置于柔性高分子基体24的表面形成。请参阅图8，所述具有整体结构的碳纳米管结构12还可以靠近柔性高分子基体24的表面设置于该柔性高分子基体24之中构成。所谓所述碳纳米管结构12靠近柔性高分子基体24的表面设置于所述柔性高分子基体24之中，指的是该碳纳米管结构12在其厚度方向上完全或者部分包埋于柔性高分子基体24中，并且当碳纳米管结构12完全包埋于柔性高分子基体24中时，碳纳米管结构12到所述柔性高分子基体24的一个表面的距离要小于等于10微米，从而保证该触碰材料层125是导电的。

所述碳纳米管结构12为一自支撑结构。所谓“自支撑结构”即该碳纳米管结构无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。该自支撑结构的碳纳米管结构12包括多个碳纳米管22，该多个碳纳米管22通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构12具有特定的形状。由于该碳纳米管结构12具有自支撑性，在不通过支撑体支撑时仍可保持层状或线状结构。该碳纳米管结构12中碳纳米管22之间具有大量间隙，从而使该碳纳米管结构12具有大量孔隙，所述柔性高分子基体24渗入该孔隙中，与所述碳纳米管结构12紧密结合。

在所述碳纳米管高分子复合材料中，所述柔性高分子基体24填充于碳纳米管结构12中的孔隙当中。柔性高分子基体24与碳纳米管结构12中的碳纳米管22紧密结合。柔性高分子基体24包裹整个碳纳米管结构12。碳纳米管结构12在柔性高分子基体24中保持层状结构。柔性高分子基体24的表面到碳纳米管结构12的垂直距离大于0微米小于等于10微米。

所述碳纳米管结构12可以为碳纳米管拉膜、碳纳米管阵列、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜。

请参阅图9，所述碳纳米管拉膜为从碳纳米管阵列中直接拉取获得的一种碳纳米管膜。每一碳纳米管拉膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为基本沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中大多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜置于(或固定于)间隔一固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.5纳米～100微米，宽度与拉取该碳纳米管拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。该碳纳米管拉膜的制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2010年5月26日公告的第CN101239712B号中国专利“碳纳米管膜结构及其制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。由于上述碳纳米管拉膜中的碳纳米管基本定向排列，当采用上述碳纳米管拉膜构成的碳纳米管结构12应用于所述笔头120的触碰材料层125时，该触碰材料层125中，碳纳米管可以沿着笔头120向笔杆110的方向定向排列，从而提高了笔头120向笔杆110方向的导电性，使得触控笔100具有更好的响应速度。

所述碳纳米管结构12还可以为一个碳纳米管阵列。请参阅图10，该碳纳米管阵列设置于柔性高分子基体24中，该碳纳米管阵列中的多个碳纳米管22具有相同的排列方向。所述碳纳米管阵列中的碳纳米管22与柔性高分子基体24的表面角度不限，优选地，碳纳米管22沿柔性高分子基体24表面的法线方向延伸。所述碳纳米管阵列中的碳纳米管22根部之间的距离大于0小于等于1微米。从而在碳纳米管阵列中形成多个间隙，所述柔性高分子基体24填充于到碳纳米管阵列的间隙当中，柔性高分子基体24与碳纳米管阵列中的碳纳米管22紧密结合。柔性高分子基体24的表面到碳纳米管阵列的表面小于等于10微米，此时碳纳米管高分子复合材料层的表面仍具有导电性。请参见图11，所述碳纳米管阵列中的碳纳米管22可以从高分子基体24中露头，碳纳米管22露出高分子基体24表面的长度小于等于10微米。

请参阅图12，所述碳纳米管絮化膜为通过一絮化方法形成的碳纳米管膜，该碳纳米管絮化膜包括相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。碳纳米管的长度大于10微米，优选为200～900微米。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。所述碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均匀分布，无规则排列，形成大量的孔隙结构，孔隙尺寸约小于10微米。所述碳纳米管絮化膜的长度和宽度不限。请参阅图12，由于在碳纳米管絮化膜中，碳纳米管相互缠绕，因此该碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，且为一自支撑结构，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。所述碳纳米管絮化膜的面积及厚度均不限，厚度为1微米～1毫米，优选为100微米。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年4月13日申请的，于2008年10月15日公开的第CN101284662A号中国公开专利申请“碳纳米管薄膜的制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请所揭露的一部分。

请参阅图13，所述碳纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳米管阵列形成的碳纳米管膜。该碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。碳纳米管也可以是各向同性的。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管结构具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜为一自支撑的结构。所述碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与形成碳纳米管阵列的生长基底的表面形成一夹角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度(0≤β≤15°)，该夹角β与施加在碳纳米管阵列上的压力有关，压力越大，该夹角越小，优选地，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于该生长基底排列。依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。请参阅图13，当沿同一方向碾压时，碳纳米管沿一固定方向择优取向排列。请参阅图14，当沿不同方向碾压时，碳纳米管沿不同方向择优取向排列。当从碳纳米管阵列的上方垂直碾压碳纳米管阵列时，碳纳米管碾压膜是各向同性的。该碳纳米管碾压膜中碳纳米管的长度大于50微米。

该碳纳米管碾压膜的面积和厚度不限，可根据实际需要选择，如被加热物体所要加热的时间。该碳纳米管碾压膜的面积与碳纳米管阵列的尺寸基本相同。该碳纳米管碾压膜厚度与碳纳米管阵列的高度以及碾压的压力有关，可为1微米～1毫米。可以理解，碳纳米管阵列的高度越大而施加的压力越小，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越大，反之，碳纳米管阵列的高度越小而施加的压力越大，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越小。所述碳纳米管碾压膜之中的相邻的碳纳米管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管碾压膜中形成多个孔隙，孔隙的尺寸约小于10微米。所述碳纳米管碾压膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年6月1日申请的，于2008年12月3日公开的第CN101314464A号中国公开专利申请“碳纳米管薄膜的制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请所揭露的一部分。

所述碳纳米管结构12还可以由一个或多个碳纳米管线152构成。当所述碳纳米管结构12为一个碳纳米管线152组成时，该一个碳纳米管线152可以弯折设置于所述柔性高分子基体24的表面，形成一个具有一定面积的平面形状的碳纳米管结构12。请参见图15，当碳纳米管结构12包括多根碳纳米管线152时，该多根碳纳米管线152可以相互平行设置。请参见图16，当碳纳米管结构12包括多根碳纳米管线152时，该多根碳纳米管线152还可以相互交叉形成网状的碳纳米管结构12。该碳纳米管线152可以为非扭转的碳纳米管线或者是扭转的碳纳米管线。

请参阅图17，所述非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线长度方向排列并首尾相连的碳纳米管。优选地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米～100微米。

所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图18，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。优选地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米～100微米。所述碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司，以及于2007年6月20日公开的第CN1982209A号中国公开专利申请“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请所揭露的一部分。

进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的直径及比表面积进一步减小，从而使其密度及强度进一步增大。

由于该碳纳米管线为采用有机溶剂或机械力处理上述碳纳米管拉膜获得，该碳纳米管拉膜为自支撑结构，故该碳纳米管线也为自支撑结构。另外，由于该碳纳米管线中相邻碳纳米管间存在间隙，故该碳纳米管线具有大量孔隙，孔隙的尺寸约小于10微米。

请参见图19，本实施例中，所述触碰材料层125还可以为上述碳纳米管结构12与导电材料所形成的多孔碳纳米管复合材料构成。所述多孔碳纳米管复合材料中的碳纳米管结构12保持其结构不变，该碳纳米管结构12中的每一根碳纳米管22表面均包覆一导电材料层226。所述多孔碳纳米管复合材料中的包覆有导电材料层226的碳纳米管22之间存在间隙，因此，该多孔碳纳米管复合材料包括多个微孔225。所述微孔225的孔径小于等于5微米。

所述导电材料层226可以为一导电聚合物层，该导电聚合物层的材料可以为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯及聚对苯撑乙烯中的一种或几种。所述导电聚合物层的厚度优选为30纳米～150纳米之间。本实施例中，所述导电聚合物层的厚度为50纳米～90纳米。所述导电聚合物层在所述的碳纳米管与导电聚合物材料构成的复合膜中的质量百分含量优选为20％～80％。本实施例中，所述导电聚合物层为聚苯胺层，且所述导电聚合物层包覆在上述的无序碳纳米管网状结构表面。聚苯胺的介电系数比较高，因此该多孔碳纳米管复合材料也具有较高的介电系数，从而使得由该多孔碳纳米管复合材料构成的笔头120在与触摸屏接触时具有较大的电容。

所述导电材料层226的材料还可以为单质金属或金属合金，所述单质金属可以为铜、银或金。该导电材料层226的厚度为1～20纳米。本实施例中，该导电材料层226的材料为银，厚度约为5纳米。

可选择地，在碳纳米管22和导电材料层226之间可进一步包括一润湿层。所述润湿层的作用为使导电材料层226与碳纳米管22更好的结合。该润湿层的材料可以为镍、钯或钛等与碳纳米管22润湿性好的金属或它们的合金，该润湿层的厚度为1～10纳米。

可选择地，为使润湿层和导电材料层226更好的结合，在润湿层和导电材料层之间可进一步包括一过渡层。该过渡层的材料可以为与润湿层材料及导电层材料均能较好结合的材料，该过渡层的厚度为1～10纳米。

所述碳纳米管复合材料层中，碳纳米管结构12与导电材料复合之后，该多孔碳纳米管复合材料具有更好的导电性能，在与触摸屏接触时传输电荷的速度较快，因此，可以提高触摸屏触控笔10的反应速度。由于多孔碳纳米管复合材料层中包括多个微孔225，使多孔碳纳米管复合材料具有较大的比表面积，从而可以更多地存储由使用者的手传递过来的静电荷，从而在与触摸屏接触时可以产生较大的接触电容，因此可以提高触摸屏的灵敏度。

可以理解，本发明第一实施例的笔头120的触碰材料层125，还可以由纯碳纳米管组成。该笔头120表面的触碰材料层125可以由上述碳纳米管结构12包裹于所述主体124的表面形成。具体地，可以将碳纳米管结构12缠绕在所述主体124的外表面，并由粘结剂与主体124粘结在一起，并且使碳纳米管结构12至少部分覆盖所述固定部122，从而与笔杆110电连接。由于碳纳米管结构12中的碳纳米管具有较大的比表面积，该碳纳米管结构12也具有较大的比表面积。当所述碳纳米管结构12与触摸屏接触时，可以产生较大的接触电容，使该触控笔10具有较高的灵敏度。另外，碳纳米管比较光滑，具有较小的摩擦系数，在使用时不会对触摸屏的屏幕造成伤害。

请参见图20，所述触碰材料层125还可以通过由石墨烯28分散于所述柔性高分子基体24材料中形成的石墨烯高分子复合材料构成。该石墨烯28均匀分散于所述柔性高分子基体24中。所述石墨烯高分子复合材料中，还可以有部分石墨烯24还可以从所述柔性高分子基体24中露头，从而露出所述触碰材料层125的表面。所述石墨烯28在该柔性高分子基体24中的体积百分比为10％至60％。请参见图21，所述石墨烯28是由多个六元环型的碳原子构成的片层状结构。所述石墨烯28的厚度小于等于100纳米，本实施例中，石墨烯28的厚度为0.5纳米至100纳米。石墨烯28具有良好的导电性能，其在室温下传递电子的速度非常快。石墨烯28还具有较大的比表面积，并具有柔性。因此，采用石墨烯28与柔性高分子基体24构成的石墨烯高分子复合材料也具有很大的比表面积和导电性，因此采用上述材料构成的笔头120也与触摸屏构成的单位面积上的电容较大，并具有较好的导电性，该笔头120具有更高的灵敏度。

本实施例中，采用化学分散法制备石墨烯28的原材料。化学分散法是将氧化石墨与水按照1mg∶1mL的比例混合，用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量肼在100℃回流24h，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯粉末。采用分散的石墨烯28设置于柔性高分子基体24中构成的石墨烯高分子复合材料构成的笔头120，还可有部分石墨烯28从笔头的外表面露头，从而更好的与触摸屏接触。并且，石墨烯28较光滑，具有较小的摩擦系数，在使用时不会对触摸屏的屏幕造成伤害。

请参见图22，本发明第一实施例中的触碰材料层125还可以由所述石墨烯28覆盖在柔性高分子基体24的表面构成石墨烯层280形成。该石墨烯层280的厚度为100纳米到1微米。该石墨烯层280中的石墨烯28的排列方式可以为相互交叠设置、并列设置或者相互重合设置。石墨烯具有良好的导电性能，其在室温下传递电子的速度非常快。所述石墨烯层280的厚度为单层石墨烯的厚度至1毫米。本实施例中，采用化学分散法制备石墨烯材料。化学分散法是将氧化石墨与水按照1mg∶1mL的比例混合，用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量肼在100℃回流24h，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯粉末。制得石墨烯28之后，将柔性高分子基体24放入石墨烯粉末中，由于石墨烯28为纳米材料，本身具有一定的粘附力，可以粘附在柔性高分子基体24的表面，形成石墨烯层280。可以理解，石墨烯28也可以通过粘结剂固定于柔性高分子基体24的表面形成石墨烯层280。

可以理解，所述触碰材料层125还可以由所述石墨烯28直接覆盖在主体124的表面形成的石墨烯材料层构成。该石墨烯材料层的厚度为100纳米到1微米。该石墨烯层中的石墨烯的排列方式可以为相互交叠设置、并列设置或者相互重合设置。石墨烯具有良好的导电性能，其在室温下传递电子的速度非常快。所述石墨烯的厚度为0.5纳米至100纳米。

请参见图23，本发明第二实施例提供一种触控笔200，该触控笔200包括笔杆110以及笔头220。本实施例与第一实施例的触控笔100的主要区别在于，该触控笔200的笔头220为由同一种材料构成的实心结构。所述笔头220的材料可以选自上述第一实施例中组成触碰材料层125的材料中除了纯石墨烯以外的任一材料，触碰材料层125的具体材料可以参见第一实施例的详细记载，这里不再赘述。

当本发明第二实施例中的触控笔200的笔头220为纯碳纳米管组成时，其可以采用压模的方法制成。具体地，可将第一实施例中的碳纳米管结构12作为原材料，放置于一模具中。将其热压成型，从而获得一种由纯碳纳米管组成的笔头220。由于所述碳纳米管结构12是由多个碳纳米管通过范德华力相互连接形成的完整结构，并且还包括大量的微孔。因此，采用纯碳纳米管组成的笔头也包括大量的微孔。由于碳纳米管具有很好的导电性，以及柔性，使得该笔头220也具有较好的导电性和柔性。笔头220存在大量的微孔，微孔的直径小于10微米，从而使得该笔头220具有较大的笔表面积，从而能够存储更多的电荷，具有较大的电容。另外，为了提高笔头220到笔杆110之间的导电能力，还可以将该由纯碳纳米管组成的笔头220中的碳纳米管沿着笔头220向笔杆110的方向，也就是笔杆110的轴向排列，由于碳纳米管的轴向具有较高的导电性，从而该笔头220向笔杆110的方向上具有较高的导电性，从而该笔头220具有更好的响应速度。所述碳纳米管可以为单壁，双壁或多壁碳纳米管，优选为多壁碳纳米管。

请参见图24，本实施例中，该笔头220的形状除了第一实施例中所述的任一形状外，还可以通过线状导电材料组装成毛笔形状。所述毛笔状笔头220的材料可为多个碳纳米管线状结构25汇集成束状形成。所述多个碳纳米管线状结构25可以通过粘结剂相互粘在一起形成所述笔头220。所述笔头220具有一个固定部222，以及一个触碰部224。所述固定部222用于固定所述笔头220于笔杆110，触碰部224用于接触触摸屏。

具体地，上述每个碳纳米管线状结构25都有一个固定端252，以及一个与所述固定端252远离的触碰端254。所述多个碳纳米管线状结构25的固定端252都相互对齐并通过粘结剂粘附在一起，从而形成所述固定部222。所述多个碳纳米管线状结构25的长度分布具有一定的规律，由笔头220的中心轴沿着笔头的半径向外，依次减小。上述分布规律保证了笔头为毛笔形状。所述多个碳纳米管线状结构25远离固定端252的部分为触碰端254，多个碳纳米管线状结构25的触碰端254通过粘结剂粘附在一起后形成笔头220的触碰部224。本实施例中，所述笔头220的固定部222直接插入笔杆110固定端114，并通过导电粘结剂将笔头220粘附在笔杆110的固定端114。

该碳纳米管线状结构25可以为图17中的非扭转的碳纳米管线，或图18中的扭转的碳纳米管线。该碳纳米管线状结构25还可以为在上述非扭转的碳纳米管线和扭转的碳纳米管线的基础上形成的碳纳米管复合线。该碳纳米管复合线为聚合物材料渗入碳纳米管线的碳纳米管之间的间隙中组成，所述聚合物可包括聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinylchlorid，PVC)及聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)中的任意一种或任意组合。上述碳纳米管复合线的制备方法可以参看参见范守善等人于2010年4月6日申请的，申请号为201010212591.0号中国专利申请“碳纳米管复合结构的制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

另外，上述碳纳米管复合线还可以为碳纳米管具有扭转或者非扭转结构的碳纳米管金属复合线，该碳纳米管金属复合线为在上述非扭转的碳纳米管线和扭转的碳纳米管线的基础上形成的碳纳米管金属复合线，上述碳纳米管金属复合线中的碳纳米管的排列趋势与所述非扭转的碳纳米管线和扭转的碳纳米管线相同，全部碳纳米管或者部分碳纳米管的表面包覆有金属材料层。上述碳纳米管金属复合线的结构以及制备方法可以参看范守善等人于2009年1月16日申请的，申请号为200910002444.8号中国专利申请“绞线的制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。还可以参看范守善等人于2009年1月16日申请的，申请号为200910002443.3号中国专利申请“绞线”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所揭露的技术内容也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

请参见图25，本发明第三实施例提供一种触控笔300，该触控笔300包括笔杆110以及笔头320。本实施例与第一实施例的主要区别在于，所述笔头320为同一种材料构成的空心结构。该笔头320具有一个固定部322以及一个触碰部324。所述固定部322用于将笔头320固定于所述笔杆110，所述触碰部324用于接触触摸屏。

所述固定部322和所述触碰部324可以一体成型组成所述笔头320。所述固定部322为外表面设有外螺纹，其外螺纹正好与所述笔杆110的固定端114的内螺纹相匹配，从而可以将笔头120固定于笔杆110的固定端114。所述触碰部324为柔性导电材料围成，触碰部324定义一个封闭空间326。所述柔性导电材料环绕该封闭空间326形成一个中空的触碰部324。该触碰部324的形状不限，可以根据实际需要设计，可以为球状，锥状，圆台状等等。本实施例中，构成所述笔头320的固定部322以及触碰部324的柔性导电材料与第一实施例中的触碰材料层125的材料完全相同。所述触碰材料层125的具体材料已经在第一实施例中得到了详细的记载，这里不再赘述。

另外，所述笔头320的封闭空间326中还可以加入具有较高介电常数的液体，如水、离子溶液。用于提高所述笔头320的触控部324的电容。

与现有技术比较，由于碳纳米管具有非常好的导电性，以及较大的比表面积，以及柔性。本发明的触控笔的笔头表面设置由碳纳米管组成的导电层，使得本发明触控笔的笔头具有较高的比表面积，以及导电性，从而在与触摸屏的导电层接触时，使得该笔头在单位面积上的电容较大，具有较高的灵敏度。另外，由于碳纳米管比金属的摩擦系数更小，所以该笔头不易损伤触摸屏。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种触控笔，包括笔杆和笔头，所述笔头具有柔性及导电性，所述笔头使用时与触摸屏之间形成接触电容，其特征在于，所述笔头由多个碳纳米管组成，所述多个碳纳米管通过范德华力相互结合，相邻的碳纳米管之间存在微孔。

2.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述笔头固定于所述笔杆，所述笔杆具有导电性，并与所述笔头电连接。

3.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述微孔的直径小于10微米。

4.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述多个碳纳米管沿着笔头向笔杆的方向定向排列。

5.如权利要求1所述的的触控笔，其特征在于，所述笔头由碳纳米管团聚形成。

6.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述笔头由碳纳米管阵列组成。

7.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述笔头为球状、圆椎状、或圆台状。

8.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述笔杆为金属材料制成的空心筒状结构。

9.如权利要求8所述的触控笔，其特征在于，所述笔杆具有一固定端，固定端内部设置有内螺纹，所述笔头通过所述内螺纹固定于所述固定端。

10.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。

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