[发明专利]一种自驱动可视化电子皮肤

说明书

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。