CN103778867A - 一种自驱动可视化电子皮肤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自驱动可视化电子皮肤，所述电子皮肤包含显示模块和发电模块，发电模块的两电极分别与显示模块的两电极相连，所述显示模块由m×n个显示单元组成，每个显示单元均为液晶显示屏或电润湿显示屏；所述发电模块由m×n个发电单元组成，每个发电单元均为摩擦发电机或压电发电机，其中，m、n为正整数。
Description
技术领域
本发明属于微能源、传感器与电子显示领域，具体涉及一种自驱动可视化电子皮肤。
背景技术
随着科技水平的不断提高，使用机器代替手工劳动的方法已经被越来越多的公司、科研院所所采用。为了使机器具备像人一样的触觉，电子皮肤的研发制备成为目前研究的热点。例如，Someya,T.研究组制备出一种超轻量电子皮肤，可应用于医疗检测、传感等领域[Someya,T.et al.Nature,vol.499,pp.458-463.]；Javey,A.研究组制备出一种可视化的压力传感电子皮肤，可将外加压力直观地通过有机发光二极管显示出来[Javey,A.et al.Nature,vol.499,pp.458-463.]。
通过不同的方法，可以提高电子皮肤的各种性能指标。但是，目前的电子皮肤正常工作时均需要外加电源。外加电源主要有两个作用：一是为了保证电子皮肤的正常工作，二是为测量、分析设备供电。在一些偏远地区或恶劣环境下，无法实现传输线供电和更换电池，在这种场合下电子皮肤无法正常工作，限制了其进一步应用扩展。因此，设计制备一种无需外加电源的自驱动电子皮肤十分有必要。同时，为了避免测量、分析设备所必需的电源，自驱动电子皮肤需直接将外界信号转化为可视化信息。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种自驱动可视化电子皮肤，包括如下技术方案：包含显示模块和发电模块。所述显示模块由m×n个显示单元组成，每个显示单元均为液晶显示屏或电润湿显示屏；所述发电模块由m×n个发电单元组成，每个发电单元均为摩擦发电机或压电发电机（m、n为正整数）。所述液晶显示屏包括：下偏光片、下玻璃、下电极、支撑结构、液晶、上电极、上玻璃、上偏光片。液晶位于上、下电极与支撑结构组成的密封腔内。所述上、下电极为导电性好的透明材料，如铟锡金属氧化物（Indium Tin Oxide，ITO）等；所述支撑结构为绝缘材料。
所述电润湿显示屏包括：白色沉底、下电极、疏水层、支撑结构、油、水、上电极。油、水位于上电极、疏水层与支撑结构组成的密封腔内，油位于疏水层与水之间，水位于油与上电极之间。所述上、下电极为导电性好的透明材料，如铟锡金属氧化物（Indium Tin Oxide，ITO）等;所述疏水层为疏水性能好的材料如特氟龙、硅烷等；所述支撑结构为绝缘材料。
所述摩擦发电机自下至上依次为：正极性摩擦材料电极、正极性摩擦材料、负极性摩擦材料电极、负极性摩擦材料。所述正、负极性摩擦材料电极为导电性好的金属、合金或金属氧化物；所述正极性摩擦材料为容易失去电子带正电荷的材料，如氧化硅、玻璃、纸、尼龙、金属铝、金属铜、金属金等；所述负极性摩擦材料为容易得到电子带负电荷的材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
特别地，摩擦发电机还可以只由正极性摩擦材料电极、正极性摩擦材料构成；摩擦发电机还可以只由负极性摩擦材料电极、负极性摩擦材料构成；摩擦发电机还可以将正、负极性摩擦材料排放在同一平面，构成共面式结构。所述压电发电机自下至上依次为：下电极、压电材料、上电极。所述上、下电极为导电性好的金属、合金或金属氧化物。所述压电材料为聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride，PVDF）、锆钛酸铅（PZT）、氧化锌（ZnO）、钛酸钡（BaTiO3）、氮化铝（AlN）等。
有益效果
1、本发明提出的电子皮肤无需外加电源即可正常工作，拓宽了电子皮肤的应用范围。
2、本发明提出的电子皮肤可直接将外界压力信号转化为可视化信息，无需任何处理电路和测量分析设备，简化了系统结构。
附图说明
图1为本发明的自驱动可视化电子皮肤三维结构示意图；
图2为本发明的自驱动可视化电子皮肤侧视图；
图3为液晶显示屏结构示意图；
图4为电润湿显示屏结构示意图；
图5为摩擦发电机结构示意图；
图6为压电发电机结构示意图；
图7由液晶显示屏与摩擦发电机组成的自驱动可视化电子皮肤的工作原理示意图。
具体实施方式
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1至2所示，包括显示单元1、发电单元2，显示单元1与发电单元2重复排列构成6×6的矩阵。
显示单元1为液晶显示屏（图3）或电润湿显示屏（图4）。
如图3所示，液晶显示屏包括下偏光片111、下玻璃112、下电极113、支撑结构114、液晶115、上电极116、上玻璃117、上偏光片118。所述下电极113、上电极117为ITO。
如图4所示，电润湿显示屏由白色沉底121、下电极122、疏水层123、支撑结构124、油125、水126、上电极127。油、水位于上电极、疏水层与支撑结构组成的密封腔内，所述所述下电极122、上电极127为ITO，疏水层123为特氟龙
发电单元2为摩擦发电机（图5）或压电发电机（图6）。
如图5（a）所示，所述摩擦发电机自下至上依次为：正极性摩擦材料电极211、正极性摩擦材料212、负极性摩擦材料213、负极性摩擦材料电极214。所述正极性摩擦材料电极211、负极性摩擦材料电极214为金属铝，正极性摩擦材料212为氧化硅，负极性摩擦材料213聚二甲基硅氧烷。
摩擦发电机还可以为图5（b）的形式，只由正极性摩擦材料电极211与正极性摩擦材料构成212；摩擦发电机还可以为图5（c）的形式，将正极性摩擦材料212与负极性摩擦材料213排放在同一平面，构成共面式结构。
如图6所示，所述压电发电机自下至上依次为：下电极221、压电材料222、上电极223。所述下电极221、上电极223为金属铝，。压电材料为PVDF。将显示单元与发电单元的电极相连接，并阵列化，即可实现自驱动可视化电子皮肤。如图7所示，将液晶显示屏与摩擦发电机的电极相连接，当摩擦发电机受到外加压力时，会产生电压驱动对应的液晶屏显示，以实现自驱动可视化电子皮肤。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种自驱动可视化电子皮肤，其特征在于：所述电子皮肤包含显示模块和发电模块，发电模块的两电极分别与显示模块的两电极相连，所述显示模块由m×n个显示单元组成，每个显示单元均为液晶显示屏或电润湿显示屏；所述发电模块由m×n个发电单元组成，每个发电单元均为摩擦发电机或压电发电机，其中，m、n为正整数。
2.根据权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于：所述液晶显示屏包括下偏光片、下玻璃、下电极、支撑结构、液晶、上电极、上玻璃和上偏光片，液晶位于上、下电极与支撑结构组成的密封腔内，所述上、下电极为电阻率小于1mΩ·cm的透明材料，选自铟锡金属氧化物；所述支撑结构为绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于：所述电润湿显示屏包括白色沉底、下电极、疏水层、支撑结构、油、水、上电极，油、水位于上电极、疏水层与支撑结构组成的密封腔内，油位于疏水层与水之间，水位于油与上电极之间，所述上、下电极为电阻率小于1mΩ·cm的透明材料，选自铟锡金属氧化物;所述疏水层为疏水性能好的材料，选自特氟龙或硅烷；所述支撑结构为绝缘材料。
4.根据权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于：所述摩擦发电机自下至上依次为正极性摩擦材料电极、正极性摩擦材料、负极性摩擦材料电极、负极性摩擦材料，所述正、负极性摩擦材料电极为电阻率小于1mΩ·cm的金属、合金或金属氧化物；所述正极性摩擦材料为容易失去电子带正电荷的材料，选自氧化硅、玻璃、纸、尼龙、金属铝、金属铜或金属金；所述负极性摩擦材料为容易得到电子带负电荷的材料，选自聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
5.根据权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于：所述摩擦发电机还能够只由正极性摩擦材料电极、正极性摩擦材料构成；摩擦发电机还能够只由负极性摩擦材料电极、负极性摩擦材料构成；摩擦发电机还能够将正、负极性摩擦材料排放在同一平面，构成共面式结构。
6.根据权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于：所述压电发电机自下至上依次为：下电极、压电材料、上电极，所述上、下电极为导电性好的金属、合金或金属氧化物，所述压电材料为聚偏氟乙烯、锆钛酸铅、氧化锌、钛酸钡或氮化铝。
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