[发明专利]基于摩擦电的柔性自供能签字板

说明书

本发明公开了一种基于摩擦电的柔性自供能签字板，包括第一柔性摩擦材料、数据获取层、第二柔性摩擦材料，柔性垫圈，第三柔性摩擦材料和写字笔；所述数据获取层包括行扫描器、顶电极、柔性介质层、列扫描器和底电极。具体地，由脉冲电压采集电路采集x,y轴上的脉冲电压信号，从而确认笔迹在签字板上划过的准确数据。本发明的基于柔摩擦电的柔性自供能签字板，对于传统的硬质结构的签字板在感应原理与签字板的结构方式上做出了改进，为签字板的存在模式提供了新的思路，由于其外形的可弯曲折叠与独特的材料选择使得柔性签字板兼具便携性与轻量性。

技术领域

本发明涉及柔性电子及签字板，具体涉及一种基于摩擦电的柔性自供能签字板。

背景技术

目前的签字板的结构设计主要是硬质化的，其较大的面积使得其不易携带，并且，现有的签字版主要采用电磁感应原理，需要不断的能源供给。

随着手机的普及，一些基于手机端的数字签字软件也不断出现，但是，其书写模式导致在手机等屏幕端的签字不够美观。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于摩擦电的柔性自供能签字板，以改善传统签字板的刚性结构设计以及目前手机端数字签字板签字字体不美观的问题，使得柔性签字板兼具高便携性和易写性。

技术方案：一种基于摩擦电的柔性自供能签字板：包括第一柔性摩擦材料层、数据获取层，第二柔性摩擦材料层，第三柔性摩擦材料层，绝缘封装层和签字单元；

所述数据获取层包括行扫描器和顶电极、柔性介质层、列扫描器和底电极、信息采集转换电路；所述顶电极和行扫描器电连接，位于柔性介质层的上方，所述底电极和列扫描器电连接，位于柔性介质层的下方，所述柔性介质层作为信息采集转换电路的支撑层和电绝缘层，采用柔性有机绝缘材料；

签字单元和第一柔性摩擦材料层组成第一接触-分离摩擦层，第二柔性摩擦材料层和第三柔性摩擦材料层之间设有柔性垫圈，第二柔性摩擦材料层、柔性垫圈和第三柔性摩擦材料层组成第二接触-分离摩擦层；所述第一接触-分离摩擦层、第二接触-分离摩擦层分别用于获取书写轨迹的行、列信号；

列扫描器和行扫描器对整个摩擦电阵列进行扫描，对于签字板二维平面位置(i,j)，顶电极的第i根输出线和底电极的第j根输出线将信号输出到信息采集转换电路，之后通过电路解算出对应柔性签字板二维平面位置(i,j)处的是否有电压输出，从而表征该位置(i,j)处是否有笔势划过，其中，1≤i≤N，1≤j≤M，N为顶电极的数目，M为底电极的数目。

进一步的，所述签字单元和第一柔性摩擦材料层采用具有正负摩擦极性差的柔性材料。所述第一柔性摩擦材料层优选采用PDMS。所述签字单元为签字笔或者手指，所述签字笔的笔尖优选采用尼龙。

进一步的，所述第二柔性摩擦材料层和第三柔性摩擦材料层采用具有正负摩擦极性差的柔性材料。所述第二柔性摩擦材料层优选采用尼龙膜。所述第三柔性摩擦材料层优选采用PTFE膜。

进一步的，所述顶电极/底电极采用金属材料，液态金属或者纳米导电材料。

进一步的，所述柔性介质层采用高分子有机绝缘聚合物，优选为采用摩擦极性与第一柔性摩擦材料层和第二柔性摩擦材料层相同的PDMS材料，PDMS具有良好的电绝缘性。

进一步的，所述柔性垫圈采用树脂材料。

和现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

本发明基于摩擦电原理，采用摩擦电输出电压获取笔迹信号，不需要供电，具有自供能的显著优点。柔性电子下的摩擦电效应，是通过摩擦接触-分离效应，将书写的笔势转换为电压脉冲信号。基于该原理，通过阵列化的设计，以及增加阵列中xy电极的数目，可以显示书写字体的准确识别。而柔性的特性给签字板带来了全新的结构设计形式，其全硬质的模式将转变为可弯曲折叠，便携的柔性模式，会给其带来更强大的便携性和更轻的重量。