專利名稱：觸控筆的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種觸控筆，尤其涉及一種應用于觸摸屏的觸控筆。
背景技術：
近年來，伴隨著移動電話與觸摸導航系統(tǒng)等各種電子設備的高性能化和多樣化的 發(fā)展，在液晶等顯示設備的前面安裝透光性的觸摸屏的電子設備逐步增加。這樣的電子設 備的使用者通過觸摸屏，一邊對位于觸摸屏背面的顯示設備的顯示內容進行視覺確認，一 邊利用手指或筆等方式按壓觸摸屏來進行操作。由此，可以操作電子設備的各種功能。按照觸摸屏的工作原理和傳輸介質的不同，現(xiàn)有的觸摸屏分為四種類型，分別為 電阻式、電容式、紅外線式以及表面聲波式。其中電容式觸摸屏因敏感度較高、所需觸碰力 度較小而應用較為廣泛?，F(xiàn)有的電容式觸摸屏包括一個透明導電層，該透明導電層連接有多個電極。使用 時，通常采用手指或者一個觸控筆觸摸電容屏的表面，觸摸物與透明導電層之間形成一接 觸電容，通過外接電路感測觸摸點與觸摸屏表面的透明導電層的各個電極之間的電信號， 從而可以判斷出觸摸點在觸摸屏上的位置?，F(xiàn)有觸控筆的筆尖為了獲得良好的導電性，一 般由金屬材質制成。然而，通過金屬材質制成的觸控筆的筆頭，硬度較高，容易對觸摸屏造 成損傷，并且其與觸摸屏接觸時的接觸電容以及靈敏度仍有待改進。

發(fā)明內容
有鑒于此，確有必要提供一種使用時與觸摸屏之間接觸電容大、具有較高靈敏度， 并且對觸摸屏傷害較小的觸控筆。一種觸控筆，包括筆桿和筆頭，所述筆頭具有柔性及導電性。所述筆頭使用時與觸 摸屏之間形成接觸電容。所述筆頭為柔性碳納米管高分子復合材料構成，該柔性碳納米管 高分子復合材料包括一柔性高分子基體以及分散于該柔性高分子材料中的多個碳納米管， 所述多個碳納米管在柔性高分子基體中形成導電網絡?！N觸控筆，包括筆桿和筆頭，所述筆頭具有柔性及導電性，所述筆頭使用時與觸 摸屏之間形成接觸電容。所述筆頭包括一支撐體以及設置于支撐體表面的觸碰材料層，該 觸碰材料層為柔性碳納米管高分子復合材料構成，該柔性碳納米管高分子復合材料包括一 柔性高分子基體以及分散于該柔性高分子材料中的多個碳納米管，所述多個碳納米管在柔 性高分子基體中形成導電網絡。與現(xiàn)有技術比較，由于碳納米管具有非常好的導電性、較大的比表面積以及較好 的柔性，使得本發(fā)明采用柔性碳納米管高分子復合材料觸控筆的筆頭與電容式觸摸屏接觸 時，在單位接觸面積上的接觸電容較大，具有較高的靈敏度。


圖1為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆桿的結構示意圖。圖3為本發(fā)明第一實施例觸控筆的筆頭的的剖示圖。圖4為本發(fā)明第一實施例觸控筆的空心結構的筆頭的示意圖。圖5為本發(fā)明第一實施例的觸控筆的具有螺旋帶狀觸碰材料層的筆頭的結構示 意圖。圖6為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭使用的碳納米管高分子復合材料 的示意圖。圖7為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的一種具有碳納米管結構 的碳納米管復合材料的結構示意圖。圖8為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的另一種具有碳納米管結 構的碳納米管復合材料的結構示意圖。圖9為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的碳納米管拉膜的掃描電 鏡照片。圖10為圖8中的碳納米管結構為碳納米管陣列時，觸控筆的筆頭的觸碰材料層的 結構示意圖。圖11為碳納米管陣列中的碳納米管露出柔性高分子基體的表面的觸碰材料層的 結構示意圖。圖12為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的一種碳納米管絮化膜的 掃描電鏡照片。圖13為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所采用的一種包括沿同一方向擇 優(yōu)取向排列的碳納米管的碳納米管碾壓膜的掃描電鏡照片。圖14為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的另一種包括沿不同方向 擇優(yōu)取向排列的碳納米管的碳納米管碾壓膜的掃描電鏡照片。圖15是本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用多根平行設置碳納米管線 形成的碳納米管結構設置于柔性高分子基體表面形成的觸碰材料層的示意圖。圖16是本發(fā)明第一實施例的觸控筆的筆頭所使用多根交叉設置碳納米管線形成 的碳納米管結構設置于柔性高分子基體表面形成的觸碰材料層的示意圖。圖17為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的一種非扭轉的碳納米管 線的掃描電鏡照片。圖18為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的一種扭轉的碳納米管線 的掃描電鏡照片。圖19為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭使用的由碳納米管和導電材料形 成的多孔碳納米管復合材料的結構示意圖。圖20為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭使用的石墨烯高分子復合材料的 結構示意圖。圖21為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的石墨烯的結構示意圖。圖22為本發(fā)明第一實施例提供的觸控筆的觸碰材料層的一種結構示意圖。圖23為本發(fā)明第二實施例的觸控筆的結構示意圖。圖M為本發(fā)明第二實施例的觸控筆的筆頭的結構示意圖。
圖25為本發(fā)明第三實施例的觸控筆的結構示意圖。主要元件符號說明觸控筆100，200，300，碳納米管結構12筆桿110固定端114筆頭120，220，320，支撐體121固定部122，222，322主體124觸碰材料層125封閉空間126,326碳納米管22柔性高分子基體24碳納米管線狀結構25石墨烯28碳納米管線152觸碰部224,324微孔225導電材料層226固定端252觸碰端254石墨烯層280
具體實施例方式以下將結合附圖詳細說明本發(fā)明實施例的觸控筆。請參閱圖1，本發(fā)明第一實施例提供一種用于觸摸屏的觸控筆100。該觸控筆100 包括筆桿110以及設置于該筆桿110 —端的筆頭120。所述筆頭120具有柔性和導電性。本發(fā)明觸控筆100的筆桿110的作用主要是為用戶提供操作筆頭120時的把持部 位。當所述觸控筆100為靠人體導電性來達成觸控操作的筆時，所述筆桿110需要具有將人 手上的靜電荷傳遞至筆頭120的功能，也就是說所述筆桿110需要與筆頭120電連接。當 所述觸控筆100并非靠人體導電性來達成觸控操作的筆時，如在筆桿110內設置一與所述 筆頭120電連接的電容性導體的電容式觸控筆100，所述筆桿110與筆頭120之間不必一定 要導電性連接，只要保證筆頭120與觸摸屏之間能夠形成接觸電容即可?？梢岳斫鉃?，本發(fā) 明觸控筆100的筆桿110的材料、結構、形狀以及與筆頭120之間的連接方式均可以根據(jù)實 際需要去選擇或者改變。本實施例中，以靠人體靜電的觸控筆100并以筒狀金屬筆桿110 為例，來重點說明本發(fā)明觸控筆100的筆頭120結構。請參見圖2，所述筆桿110為空心筒狀結構，具有一個固定端114。筆桿110的固 定端114內部設置有內螺紋用于安裝所述筆頭120，所述筆頭120擰入所述筆桿110的固定端114。當筆頭120擰入所述筆桿110的固定端114時，筆頭120與所述筆桿110電連接。 可以理解，筆頭120與筆桿110的連接方式不限于此，可以根據(jù)筆桿110和筆頭120的形狀、 結構以及材料在現(xiàn)有技術中的各種連接方式中選擇適當?shù)姆绞剑灰軌虮ＷC筆桿110與 筆頭120電連接即可。請參見圖3，所述筆頭120由一個支撐體121以及一個觸碰材料層125構成。該觸 碰材料層125設置于所述支撐體121的外表面。所述支撐體121為柔性材料構成，所述觸 碰材料層125為具有柔性的導電材料構成。筆頭120的形狀可以根據(jù)實際需要設計，可以 為球狀，錐狀，圓臺狀等等，本實施例中筆頭120為圓錐狀。由于筆頭120具有柔性，在使用 時，可以通過壓力控制筆頭120與觸摸屏之間的接觸面積，從而控制觸控筆10與觸摸屏之 間的接觸電容的大小。所述支撐體121具有一固定部122和一主體124，所述固定部122和所述主體IM 可以為一體成型的整體實心結構。所述固定部122的外表面設有外螺紋，正好與所述筆桿 110的固定端114的內螺紋相匹配，從而可以將筆頭120固定于筆桿110的固定端114。所 述主體124的形狀可根據(jù)實際需要設計，可以為球狀，錐狀，圓臺狀等等。所述主體IM用 于設置所述觸碰材料層125，所述觸碰材料層125可以將主體IM全部覆蓋，也可以部分覆 蓋。所述觸碰材料層125至少部分覆蓋所述固定部122和主體124的連接處，從而當筆頭 120安裝在筆桿110的固定端114后，觸碰材料層125與筆桿110電連接。所述支撐體121為柔性高分子材料構成，所述柔性高分子材料可以為硅橡膠、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種或幾種的 組合。所述支撐體121還可以由具有較高介電常數(shù)的柔性聚合物材料組成，該高介電常數(shù) 的柔性聚合物材料可以為膠態(tài)。所述支撐體121還可以為導電高分子材料，導電高分子材 料具有較高的介電常數(shù)，用作支撐體121時，可以使筆頭120本身具有較大的電容。所述導 電高分子材料可以為聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。本實施例中，所述支撐體121的材料為硅橡 膠。請參見圖4，所述支撐體121還可以為一個空心結構的支撐體121?？梢栽谒鲋?體124的內部形成一個封閉空間126，從而制成一個空心結構的筆頭120。當該支撐體121 為空心結構時，其壁厚可以選擇為0. 1毫米至2毫米。當該支撐體121為空心結構時，該筆 頭120的柔韌性可以得到進一步提高。請參見圖5，所述觸碰材料層125可以為螺旋帶狀形成于所述主體124的外表面。 該螺旋帶狀的觸碰材料層125的螺旋半徑沿著筆尖向著筆桿110的方向逐漸增大。具體地， 所述主體124的外表面可以設置有螺旋狀溝槽，該螺旋狀溝槽的螺旋半徑由主體124的端 部向固定部122螺旋延伸，并且螺旋半徑由小到大。所述觸碰材料層125可以設置在上述 螺旋狀溝槽內，并且觸碰材料層125的厚度大于溝槽深度，從而使得所述觸碰材料層125凸 出于主體124的外表面，用于與觸摸屏接觸。由于螺旋帶狀的觸碰材料層125的螺旋半徑 由筆頭120的筆尖向筆桿的方向逐漸增大。使用時，隨著壓力的增大，筆頭120的彎曲程度 增大，觸碰材料層125與觸摸屏基板接觸的面積也逐漸增大。從而可以控制與觸摸屏之間 的接觸面積的大小，從而控制筆劃的粗細。由于所述螺旋帶狀的觸碰材料層125只是部分 包覆了主體124的表面，相對于完全包覆主體IM表面，比較節(jié)省原材料?？梢岳斫?，所述 主體124的表面也可以不設置螺旋溝槽，直接將螺旋帶狀的觸碰材料層125設置于所述主體1 的表面，并且由主體的端部向固定部122螺旋延伸，并且螺旋半徑沿著筆尖向著筆桿 110的方向由小到大。所述觸碰材料層125用于與觸摸屏的表面接觸，并與之形成接觸電容。通過與觸 摸屏接觸面積的變化而實現(xiàn)接觸電容的變化，從而使得觸摸屏能夠感知出筆畫的粗細。該 觸碰材料層125的厚度可以為1微米至2毫米，該觸碰材料層125具有導電性。為了增大 該觸控材料層125的比表面積，該觸碰材料層125可以為碳納米管，石墨烯；碳納米管與 柔性高分子構成的復合材料；石墨烯與柔性高分子構成的復合材料；或者是碳納米管與金 屬構成的復合材料構成。下面將分別介紹碳納米管均勻分散在柔性高分子基體中形成的 復合材料，碳納米管結構設置于柔性高分子基體的表面形成的復合材料，碳納米管結構中 的每個碳納米管表面包覆一層導電層形成的復合材料，以及石墨烯均勻分散在柔性高分子 基體中或者設置于柔性高分子基體表面形成的復合材料。請參見圖6，所述觸碰材料層125可以由一種碳納米管高分子復合材料構成。該碳 納米管高分子復合材料由柔性高分子基體M以及分散于該柔性高分子基體M內的多個碳 納米管22組成。該多個碳納米管22均勻分散于所述柔性高分子基體M內，并且相互連接 形成導電網絡。為了實現(xiàn)碳納米管22在柔性高分子基體M內形成導電網絡，該碳納米管 22的質量百分含量應大于5%。由于碳納米管22具有非常大的比表面積，以及較高的導電 性。該筆頭120在使用時，由于觸碰材料層125具有較大的比表面積，就可以存儲更多的從 使用者的手部傳導來的靜電荷，從而提高了筆頭120與觸摸屏之間的接觸電容。另外，該摻 雜有碳納米管22的高分子復合材料構成的觸碰材料層125與觸摸屏構成的單位面積上的 電容較大，從而更加靈敏。而且，由于碳納米管22是中空結構，其具有非常小的質量，其特 殊的化學鍵結構使得碳納米管22又具有非常高的強度以及彈性模量。除此之外，由于碳納 米管22具有非常大的長徑比(大于1000 1)，碳納米管22還具有非常好的柔韌性，施加 外力后可以很好的恢復形狀。因此，采用碳納米管22與柔性高分子基體M形成的高分子 復合材料構成的筆頭120，具有較輕的質量，以及較高的耐刮擦度，從而具有較長的使用壽 命。采用分散的碳納米管22設置于柔性高分子基體M中構成的高分子復合材料構成的筆 頭120，還可以有部分碳納米管22從高分子基體M的外表面露頭，從而更好的與觸摸屏接 觸，另外由于該碳納米管復合材料相對于金屬更加柔軟，因此還不易損傷觸摸屏。所述柔性高分子基體M為具有一定厚度的片材，厚度為1微米至2毫米之間。所 述柔性高分子基體M為柔性高分子材料構成，該柔性材料導電性不限，只要具有柔性即 可。所述柔性高分子基體M的材料為柔性高分子材料，如硅橡膠、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種或幾種的組合。本實施例中，所 述柔性高分子基體M的材料為硅橡膠。請參閱圖7，所述觸碰材料層125還可以由一個具有整體結構的碳納米管結構12 設置于柔性高分子基體M的表面形成。請參閱圖8，所述具有整體結構的碳納米管結構12 還可以靠近柔性高分子基體24的表面設置于該柔性高分子基體M之中構成。所謂所述碳 納米管結構12靠近柔性高分子基體M的表面設置于所述柔性高分子基體M之中，指的是 該碳納米管結構12在其厚度方向上完全或者部分包埋于柔性高分子基體M中，并且當碳 納米管結構12完全包埋于柔性高分子基體M中時，碳納米管結構12到所述柔性高分子基 體M的一個表面的距離要小于等于10微米，從而保證該觸碰材料層125是導電的。
所述碳納米管結構12為一自支撐結構。所謂“自支撐結構”即該碳納米管結構無 需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。該自支撐結構的碳納米管結構12包括多 個碳納米管22，該多個碳納米管22通過范德華力相互吸引，從而使碳納米管結構12具有 特定的形狀。由于該碳納米管結構12具有自支撐性，在不通過支撐體支撐時仍可保持層狀 或線狀結構。該碳納米管結構12中碳納米管22之間具有大量間隙，從而使該碳納米管結 構12具有大量孔隙，所述柔性高分子基體M滲入該孔隙中，與所述碳納米管結構12緊密纟口口。在所述碳納米管高分子復合材料中，所述柔性高分子基體M填充于碳納米管結 構12中的孔隙當中。柔性高分子基體M與碳納米管結構12中的碳納米管22緊密結合。 柔性高分子基體M包裹整個碳納米管結構12。碳納米管結構12在柔性高分子基體M中 保持層狀結構。柔性高分子基體M的表面到碳納米管結構12的垂直距離大于0微米小于 等于10微米。所述碳納米管結構12可以為碳納米管拉膜、碳納米管陣列、碳納米管絮化膜或碳 納米管碾壓膜。請參閱圖9，所述碳納米管拉膜為從碳納米管陣列中直接拉取獲得的一種碳納米 管膜。每一碳納米管拉膜是由若干碳納米管組成的自支撐結構。所述若干碳納米管為基本 沿同一方向擇優(yōu)取向排列。所述擇優(yōu)取向是指在碳納米管膜中大多數(shù)碳納米管的整體延伸 方向基本朝同一方向。而且，所述大多數(shù)碳納米管的整體延伸方向基本平行于碳納米管膜 的表面。進一步地，所述碳納米管膜中大多數(shù)碳納米管是通過范德華力首尾相連。具體地， 所述碳納米管膜中基本朝同一方向延伸的大多數(shù)碳納米管中每一碳納米管與在延伸方向 上相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連。當然，所述碳納米管膜中存在少數(shù)隨機排列的 碳納米管，這些碳納米管不會對碳納米管膜中大多數(shù)碳納米管的整體取向排列構成明顯影 響。所述自支撐為碳納米管膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能 整體上懸空而保持自身膜狀狀態(tài)，即將該碳納米管膜置于(或固定于)間隔一固定距離設 置的兩個支撐體上時，位于兩個支撐體之間的碳納米管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態(tài)。所 述自支撐主要通過碳納米管膜中存在連續(xù)的通過范德華力首尾相連延伸排列的碳納米管 而實現(xiàn)。所述碳納米管拉膜的厚度為0. 5納米 100微米，寬度與拉取該碳納米管拉膜的碳 納米管陣列的尺寸有關，長度不限。該碳納米管拉膜的制備方法請參見范守善等人于2007 年2月9日申請的，于2010年5月沈日公告的第CN101239712B號中國專利“碳納米管膜 結構及其制備方法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。為節(jié)省篇幅， 僅引用于此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發(fā)明申請技術揭露的一部分。由于上述 碳納米管拉膜中的碳納米管基本定向排列，當采用上述碳納米管拉膜構成的碳納米管結構 12應用于所述筆頭120的觸碰材料層125時，該觸碰材料層125中，碳納米管可以沿著筆頭 120向筆桿110的方向定向排列，從而提高了筆頭120向筆桿110方向的導電性，使得觸控 筆100具有更好的響應速度。所述碳納米管結構12還可以為一個碳納米管陣列。請參閱圖10，該碳納米管陣列 設置于柔性高分子基體M中，該碳納米管陣列中的多個碳納米管22具有相同的排列方向。 所述碳納米管陣列中的碳納米管22與柔性高分子基體M的表面角度不限，優(yōu)選地，碳納米 管22沿柔性高分子基體M表面的法線方向延伸。所述碳納米管陣列中的碳納米管22根部之間的距離大于0小于等于1微米。從而在碳納米管陣列中形成多個間隙，所述柔性高 分子基體M填充于到碳納米管陣列的間隙當中，柔性高分子基體M與碳納米管陣列中的 碳納米管22緊密結合。柔性高分子基體M的表面到碳納米管陣列的表面小于等于10微 米，此時碳納米管高分子復合材料層的表面仍具有導電性。請參見圖11，所述碳納米管陣列 中的碳納米管22可以從高分子基體M中露頭，碳納米管22露出高分子基體M表面的長 度小于等于10微米。請參閱圖12，所述碳納米管絮化膜為通過一絮化方法形成的碳納米管膜，該碳納 米管絮化膜包括相互纏繞且均勻分布的碳納米管。碳納米管的長度大于10微米，優(yōu)選為 200 900微米。所述碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網絡狀結構。所述 碳納米管絮化膜各向同性。所述碳納米管絮化膜中的碳納米管為均勻分布，無規(guī)則排列，形 成大量的孔隙結構，孔隙尺寸約小于10微米。所述碳納米管絮化膜的長度和寬度不限。請 參閱圖12，由于在碳納米管絮化膜中，碳納米管相互纏繞，因此該碳納米管絮化膜具有很好 的柔韌性，且為一自支撐結構，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。所述碳納米管絮化膜 的面積及厚度均不限，厚度為1微米 1毫米，優(yōu)選為100微米。所述碳納米管絮化膜及其 制備方法請參見范守善等人于2007年4月13日申請的，于2008年10月15日公開的第 CN101284662A號中國公開專利申請“碳納米管薄膜的制備方法”，申請人清華大學，鴻富 錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術揭露也應視 為本發(fā)明申請所揭露的一部分。請參閱圖13，所述碳納米管碾壓膜為通過碾壓一碳納米管陣列形成的碳納米管 膜。該碳納米管碾壓膜包括均勻分布的碳納米管，碳納米管沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取 向排列。碳納米管也可以是各向同性的。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管相互部分交疊， 并通過范德華力相互吸引，緊密結合，使得該碳納米管結構具有很好的柔韌性，可以彎曲折 疊成任意形狀而不破裂。且由于碳納米管碾壓膜中的碳納米管之間通過范德華力相互吸 引，緊密結合，使碳納米管碾壓膜為一自支撐的結構。所述碳納米管碾壓膜可通過碾壓一碳 納米管陣列獲得。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管與形成碳納米管陣列的生長基底的表 面形成一夾角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度β <15° )，該夾角β與 施加在碳納米管陣列上的壓力有關，壓力越大，該夾角越小，優(yōu)選地，該碳納米管碾壓膜中 的碳納米管平行于該生長基底排列。依據(jù)碾壓的方式不同，該碳納米管碾壓膜中的碳納米 管具有不同的排列形式。請參閱圖13，當沿同一方向碾壓時，碳納米管沿一固定方向擇優(yōu)取 向排列。請參閱圖14，當沿不同方向碾壓時，碳納米管沿不同方向擇優(yōu)取向排列。當從碳納 米管陣列的上方垂直碾壓碳納米管陣列時，碳納米管碾壓膜是各向同性的。該碳納米管碾 壓膜中碳納米管的長度大于50微米。該碳納米管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據(jù)實際需要選擇，如被加熱物體所要 加熱的時間。該碳納米管碾壓膜的面積與碳納米管陣列的尺寸基本相同。該碳納米管碾壓 膜厚度與碳納米管陣列的高度以及碾壓的壓力有關，可為1微米 1毫米?？梢岳斫?，碳納 米管陣列的高度越大而施加的壓力越小，則制備的碳納米管碾壓膜的厚度越大，反之，碳納 米管陣列的高度越小而施加的壓力越大，則制備的碳納米管碾壓膜的厚度越小。所述碳納 米管碾壓膜之中的相鄰的碳納米管之間具有一定間隙，從而在碳納米管碾壓膜中形成多個 孔隙，孔隙的尺寸約小于10微米。所述碳納米管碾壓膜及其制備方法請參見范守善等人于2007年6月1日申請的，于2008年12月3日公開的第CN101314464A號中國公開專利申請 “碳納米管薄膜的制備方法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。為節(jié) 省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發(fā)明申請所揭露的一部分。所述碳納米管結構12還可以由一個或多個碳納米管線152構成。當所述碳納米 管結構12為一個碳納米管線152組成時，該一個碳納米管線152可以彎折設置于所述柔 性高分子基體M的表面，形成一個具有一定面積的平面形狀的碳納米管結構12。請參見 圖15，當碳納米管結構12包括多根碳納米管線152時，該多根碳納米管線152可以相互平 行設置。請參見圖16，當碳納米管結構12包括多根碳納米管線152時，該多根碳納米管線 152還可以相互交叉形成網狀的碳納米管結構12。該碳納米管線152可以為非扭轉的碳納 米管線或者是扭轉的碳納米管線。請參閱圖17，所述非扭轉的碳納米管線包括多個沿碳納米管線長度方向排列并首 尾相連的碳納米管。優(yōu)選地，該非扭轉的碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個碳納米 管片段之間通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力 緊密結合的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的 碳納米管線長度不限，直徑為0. 5納米 100微米。所述扭轉的碳納米管線為采用一機械力將所述碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭 轉獲得。請參閱圖18，該扭轉的碳納米管線包括多個繞碳納米管線軸向螺旋排列的碳納米 管。優(yōu)選地，該扭轉的碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個碳納米管片段之間通過范 德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力緊密結合的碳納米 管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的碳納米管線長度不限， 直徑為0. 5納米 100微米。所述碳納米管線及其制備方法請參見范守善等人于2002年 9月16日申請的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C號中國公告專利“一種碳納 米管繩及其制造方法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司，以及于2007 年6月20日公開的第CN1982209A號中國公開專利申請“碳納米管絲及其制作方法”，申請 人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所 有技術揭露也應視為本發(fā)明申請所揭露的一部分。進一步地，可采用一揮發(fā)性有機溶劑處理該扭轉的碳納米管線。在揮發(fā)性有機溶 劑揮發(fā)時產生的表面張力的作用下，處理后的扭轉的碳納米管線中相鄰的碳納米管通過范 德華力緊密結合，使扭轉的碳納米管線的直徑及比表面積進一步減小，從而使其密度及強 度進一步增大。由于該碳納米管線為采用有機溶劑或機械力處理上述碳納米管拉膜獲得，該碳納 米管拉膜為自支撐結構，故該碳納米管線也為自支撐結構。另外，由于該碳納米管線中相鄰 碳納米管間存在間隙，故該碳納米管線具有大量孔隙，孔隙的尺寸約小于10微米。請參見圖19，本實施例中，所述觸碰材料層125還可以為上述碳納米管結構12與 導電材料所形成的多孔碳納米管復合材料構成。所述多孔碳納米管復合材料中的碳納米管 結構12保持其結構不變，該碳納米管結構12中的每一根碳納米管22表面均包覆一導電材 料層226。所述多孔碳納米管復合材料中的包覆有導電材料層2 的碳納米管22之間存在 間隙，因此，該多孔碳納米管復合材料包括多個微孔225。所述微孔225的孔徑小于等于5 微米。
所述導電材料層2 可以為一導電聚合物層，該導電聚合物層的材料可以為聚苯 胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚對苯及聚對苯撐乙烯中的一種或幾種。所述導電聚合物層的 厚度優(yōu)選為30納米 150納米之間。本實施例中，所述導電聚合物層的厚度為50納米 90納米。所述導電聚合物層在所述的碳納米管與導電聚合物材料構成的復合膜中的質量百 分含量優(yōu)選為20 % 80 %。本實施例中，所述導電聚合物層為聚苯胺層，且所述導電聚合 物層包覆在上述的無序碳納米管網狀結構表面。聚苯胺的介電系數(shù)比較高，因此該多孔碳 納米管復合材料也具有較高的介電系數(shù)，從而使得由該多孔碳納米管復合材料構成的筆頭 120在與觸摸屏接觸時具有較大的電容。所述導電材料層226的材料還可以為單質金屬或金屬合金，所述單質金屬可以為 銅、銀或金。該導電材料層226的厚度為1 20納米。本實施例中，該導電材料層226的 材料為銀，厚度約為5納米。可選擇地，在碳納米管22和導電材料層2 之間可進一步包括一潤濕層。所述潤 濕層的作用為使導電材料層2 與碳納米管22更好的結合。該潤濕層的材料可以為鎳、鈀 或鈦等與碳納米管22潤濕性好的金屬或它們的合金，該潤濕層的厚度為1 10納米?？蛇x擇地，為使?jié)櫇駥雍蛯щ姴牧蠈? 更好的結合，在潤濕層和導電材料層之 間可進一步包括一過渡層。該過渡層的材料可以為與潤濕層材料及導電層材料均能較好結 合的材料，該過渡層的厚度為1 10納米。所述碳納米管復合材料層中，碳納米管結構12與導電材料復合之后，該多孔碳納 米管復合材料具有更好的導電性能，在與觸摸屏接觸時傳輸電荷的速度較快，因此，可以提 高觸摸屏觸控筆10的反應速度。由于多孔碳納米管復合材料層中包括多個微孔225，使多 孔碳納米管復合材料具有較大的比表面積，從而可以更多地存儲由使用者的手傳遞過來的 靜電荷，從而在與觸摸屏接觸時可以產生較大的接觸電容，因此可以提高觸摸屏的靈敏度?？梢岳斫?，本發(fā)明第一實施例的筆頭120的觸碰材料層125，還可以由純碳納米管 組成。該筆頭120表面的觸碰材料層125可以由上述碳納米管結構12包裹于所述主體IM 的表面形成。具體地，可以將碳納米管結構12纏繞在所述主體124的外表面，并由粘結劑 與主體IM粘結在一起，并且使碳納米管結構12至少部分覆蓋所述固定部122，從而與筆桿 110電連接。由于碳納米管結構12中的碳納米管具有較大的比表面積，該碳納米管結構12 也具有較大的比表面積。當所述碳納米管結構12與觸摸屏接觸時，可以產生較大的接觸電 容，使該觸控筆10具有較高的靈敏度。另外，碳納米管比較光滑，具有較小的摩擦系數(shù)，在 使用時不會對觸摸屏的屏幕造成傷害。請參見圖20，所述觸碰材料層125還可以通過由石墨烯觀分散于所述柔性高分子 基體M材料中形成的石墨烯高分子復合材料構成。該石墨烯觀均勻分散于所述柔性高分 子基體M中。所述石墨烯高分子復合材料中，還可以有部分石墨烯M還可以從所述柔性 高分子基體M中露頭，從而露出所述觸碰材料層125的表面。所述石墨烯觀在該柔性高 分子基體M中的體積百分比為10%至60%。請參見圖21，所述石墨烯28是由多個六元 環(huán)型的碳原子構成的片層狀結構。所述石墨烯觀的厚度小于等于100納米，本實施例中， 石墨烯觀的厚度為0. 5納米至100納米。石墨烯觀具有良好的導電性能，其在室溫下傳 遞電子的速度非?？?。石墨烯觀還具有較大的比表面積，并具有柔性。因此，采用石墨烯 28與柔性高分子基體M構成的石墨烯高分子復合材料也具有很大的比表面積和導電性，因此采用上述材料構成的筆頭120也與觸摸屏構成的單位面積上的電容較大，并具有較好 的導電性，該筆頭120具有更高的靈敏度。本實施例中，采用化學分散法制備石墨烯觀的原材料。化學分散法是將氧化石墨 與水按照Img ImL的比例混合，用超聲波振蕩至溶液清晰無顆粒狀物質，加入適量胼在 IOO0C回流Mh，產生黑色顆粒狀沉淀，過濾、烘干即得石墨烯粉末。采用分散的石墨烯28設 置于柔性高分子基體M中構成的石墨烯高分子復合材料構成的筆頭120，還可有部分石墨 烯觀從筆頭的外表面露頭，從而更好的與觸摸屏接觸。并且，石墨烯觀較光滑，具有較小 的摩擦系數(shù)，在使用時不會對觸摸屏的屏幕造成傷害。請參見圖22，本發(fā)明第一實施例中的觸碰材料層125還可以由所述石墨烯觀覆蓋 在柔性高分子基體M的表面構成石墨烯層280形成。該石墨烯層280的厚度為100納米到 1微米。該石墨烯層觀0中的石墨烯觀的排列方式可以為相互交疊設置、并列設置或者相 互重合設置。石墨烯具有良好的導電性能，其在室溫下傳遞電子的速度非常快。所述石墨 烯層觀0的厚度為單層石墨烯的厚度至1毫米。本實施例中，采用化學分散法制備石墨烯 材料?；瘜W分散法是將氧化石墨與水按照Irng ImL的比例混合，用超聲波振蕩至溶液清 晰無顆粒狀物質，加入適量胼在100°C回流Mh，產生黑色顆粒狀沉淀，過濾、烘干即得石墨 烯粉末。制得石墨烯28之后，將柔性高分子基體M放入石墨烯粉末中，由于石墨烯28為 納米材料，本身具有一定的粘附力，可以粘附在柔性高分子基體M的表面，形成石墨烯層 2800可以理解，石墨烯28也可以通過粘結劑固定于柔性高分子基體M的表面形成石墨烯 層 280。可以理解，所述觸碰材料層125還可以由所述石墨烯28直接覆蓋在主體IM的表 面形成的石墨烯材料層構成。該石墨烯材料層的厚度為100納米到1微米。該石墨烯層中 的石墨烯的排列方式可以為相互交疊設置、并列設置或者相互重合設置。石墨烯具有良好 的導電性能，其在室溫下傳遞電子的速度非?？臁Ｋ鍪┑暮穸葹?. 5納米至100納 米。請參見圖23，本發(fā)明第二實施例提供一種觸控筆200，該觸控筆200包括筆桿110 以及筆頭220。本實施例與第一實施例的觸控筆100的主要區(qū)別在于，該觸控筆200的筆頭 220為由同一種材料構成的實心結構。所述筆頭220的材料可以選自上述第一實施例中組 成觸碰材料層125的材料中除了純石墨烯以外的任一材料，觸碰材料層125的具體材料可 以參見第一實施例的詳細記載，這里不再贅述。當本發(fā)明第二實施例中的觸控筆200的筆頭220為純碳納米管組成時，其可以采 用壓模的方法制成。具體地，可將第一實施例中的碳納米管結構12作為原材料，放置于一 模具中。將其熱壓成型，從而獲得一種由純碳納米管組成的筆頭220。由于所述碳納米管結 構12是由多個碳納米管通過范德華力相互連接形成的完整結構，并且還包括大量的微孔。 因此，采用純碳納米管組成的筆頭也包括大量的微孔。由于碳納米管具有很好的導電性，以 及柔性，使得該筆頭220也具有較好的導電性和柔性。筆頭220存在大量的微孔，微孔的直 徑小于10微米，從而使得該筆頭220具有較大的筆表面積，從而能夠存儲更多的電荷，具有 較大的電容。另外，為了提高筆頭220到筆桿110之間的導電能力，還可以將該由純碳納米 管組成的筆頭220中的碳納米管沿著筆頭220向筆桿110的方向，也就是筆桿110的軸向 排列，由于碳納米管的軸向具有較高的導電性，從而該筆頭220向筆桿110的方向上具有較高的導電性，從而該筆頭220具有更好的響應速度。所述碳納米管可以為單壁，雙壁或多壁 碳納米管，優(yōu)選為多壁碳納米管。請參見圖24，本實施例中，該筆頭220的形狀除了第一實施例中所述的任一形狀 外，還可以通過線狀導電材料組裝成毛筆形狀。所述毛筆狀筆頭220的材料可為多個碳納 米管線狀結構25匯集成束狀形成。所述多個碳納米管線狀結構25可以通過粘結劑相互粘 在一起形成所述筆頭220。所述筆頭220具有一個固定部222，以及一個觸碰部224。所述 固定部222用于固定所述筆頭220于筆桿110，觸碰部2 用于接觸觸摸屏。具體地，上述每個碳納米管線狀結構25都有一個固定端252，以及一個與所述固 定端252遠離的觸碰端254。所述多個碳納米管線狀結構25的固定端252都相互對齊并 通過粘結劑粘附在一起，從而形成所述固定部222。所述多個碳納米管線狀結構25的長度 分布具有一定的規(guī)律，由筆頭220的中心軸沿著筆頭的半徑向外，依次減小。上述分布規(guī)律 保證了筆頭為毛筆形狀。所述多個碳納米管線狀結構25遠離固定端252的部分為觸碰端 254，多個碳納米管線狀結構25的觸碰端2M通過粘結劑粘附在一起后形成筆頭220的觸 碰部224。本實施例中，所述筆頭220的固定部222直接插入筆桿110固定端114，并通過 導電粘結劑將筆頭220粘附在筆桿110的固定端114。該碳納米管線狀結構25可以為圖17中的非扭轉的碳納米管線，或圖18中的扭 轉的碳納米管線。該碳納米管線狀結構25還可以為在上述非扭轉的碳納米管線和扭轉的 碳納米管線的基礎上形成的碳納米管復合線。該碳納米管復合線為聚合物材料滲入碳納 米管線的碳納米管之間的間隙中組成，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)及聚對苯二甲酸乙二酯 (Polyethylene terephthalate, PET)中的任意一種或任意組合。上述碳納米管復合線的 制備方法可以參看參見范守善等人于2010年4月6日申請的，申請?zhí)枮?01010212591. 0 號中國專利申請“碳納米管復合結構的制備方法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深 圳)有限公司。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發(fā)明申請技 術揭露的一部分。另外，上述碳納米管復合線還可以為碳納米管具有扭轉或者非扭轉結構的碳納米 管金屬復合線，該碳納米管金屬復合線為在上述非扭轉的碳納米管線和扭轉的碳納米管線 的基礎上形成的碳納米管金屬復合線，上述碳納米管金屬復合線中的碳納米管的排列趨勢 與所述非扭轉的碳納米管線和扭轉的碳納米管線相同，全部碳納米管或者部分碳納米管的 表面包覆有金屬材料層。上述碳納米管金屬復合線的結構以及制備方法可以參看范守善等 人于2009年1月16日申請的，申請?zhí)枮?00910002444. 8號中國專利申請“絞線的制備方 法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。還可以參看范守善等人于2009 年1月16日申請的，申請?zhí)枮?0091000M43. 3號中國專利申請“絞線”，申請人清華大學， 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所揭露的技術內容 也應視為本發(fā)明申請技術揭露的一部分。請參見圖25，本發(fā)明第三實施例提供一種觸控筆300，該觸控筆300包括筆桿110 以及筆頭320。本實施例與第一實施例的主要區(qū)別在于，所述筆頭320為同一種材料構成的 空心結構。該筆頭320具有一個固定部322以及一個觸碰部324。所述固定部322用于將筆頭320固定于所述筆桿110，所述觸碰部3M用于接觸觸摸屏。所述固定部322和所述觸碰部3M可以一體成型組成所述筆頭320。所述固定部 322為外表面設有外螺紋，其外螺紋正好與所述筆桿110的固定端114的內螺紋相匹配，從 而可以將筆頭120固定于筆桿110的固定端114。所述觸碰部3M為柔性導電材料圍成，觸 碰部3 定義一個封閉空間326。所述柔性導電材料環(huán)繞該封閉空間3 形成一個中空的 觸碰部324。該觸碰部324的形狀不限，可以根據(jù)實際需要設計，可以為球狀，錐狀，圓臺狀 等等。本實施例中，構成所述筆頭320的固定部322以及觸碰部324的柔性導電材料與第 一實施例中的觸碰材料層125的材料完全相同。所述觸碰材料層125的具體材料已經在第 一實施例中得到了詳細的記載，這里不再贅述。另外，所述筆頭320的封閉空間326中還可以加入具有較高介電常數(shù)的液體，如 水、離子溶液。用于提高所述筆頭320的觸控部324的電容。與現(xiàn)有技術比較，由于碳納米管具有非常好的導電性，以及較大的比表面積，以及 柔性。本發(fā)明的觸控筆的由柔性碳納米管高分子復合材料構成的筆頭，具有較高的比表面 積，以及導電性，從而在與觸摸屏的導電層接觸時，使得該筆頭在單位面積上的電容較大， 具有較高的靈敏度。另外，由于碳納米管比金屬更加柔軟，所以該筆頭不易損傷觸摸屏。另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內作其它變化，當然這些依據(jù)本發(fā)明精 神所作的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內。
權利要求
1.一種觸控筆，包括筆桿和筆頭，所述筆頭具有柔性及導電性，所述筆頭使用時與觸摸 屏之間形成接觸電容，其特征在于，所述筆頭為柔性碳納米管高分子復合材料構成，該柔性 碳納米管高分子復合材料包括一柔性高分子基體以及分散于該柔性高分子材料中的多個 碳納米管，所述多個碳納米管在柔性高分子基體中形成導電網絡。
2.如權利要求1所述的觸控筆，其特征在于，所述筆頭固定于所述筆桿，所述筆桿具有 導電性，并與所述筆頭電連接。
3.如權利要求1所述的觸控筆，其特征在于，所述柔性高分子基體的材料為硅橡膠、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中的一種或幾種的組合
4.如權利要求1所述的觸控筆，其特征在于，所述碳納米管部分從筆頭的表面露頭。
5.如權利要求1所述的觸控筆，其特征在于，所述筆頭為球狀、圓椎狀、或圓臺狀。
6.如權利要求1所述的觸控筆，其特征在于，所述筆桿為金屬材料制成的空心筒狀結構。
7.如權利要求6所述的觸控筆，其特征在于，所述筆桿具有一固定端，固定端內部設置 有內螺紋，所述筆頭通過所述內螺紋固定于所述固定端。
8.—種觸控筆，包括筆桿和筆頭，所述筆頭具有柔性及導電性，所述筆頭使用時與觸摸 屏之間形成接觸電容，其特征在于，所述筆頭包括一支撐體以及設置于支撐體表面的觸碰 材料層，該觸碰材料層為柔性碳納米管高分子復合材料構成，該柔性碳納米管高分子復合 材料包括一柔性高分子基體以及分散于該柔性高分子材料中的多個碳納米管，所述多個碳 納米管在柔性高分子基體中形成導電網絡。
9.如權利要求8所述的觸控筆，其特征在于，所述筆頭固定于所述筆桿，所述筆桿具有 導電性，并與所述筆頭電連接。
10.如權利要求8所述的觸控筆，其特征在于，所述觸碰材料層為螺旋帶狀，并螺旋纏 繞于所述支撐體的表面。
11.如權利要求10所述的觸控筆，其特征在于，所述螺旋帶狀的觸碰材料層的螺旋半 徑由筆尖向筆桿的方向逐漸增大。
12.如權利要求1至11任意一項所述的觸控筆，其特征在于，所述碳納米管在所述柔性 碳納米管高分子復合材料中質量百分含量大于5%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種觸控筆，包括筆桿和筆頭，所述筆頭具有柔性及導電性。所述筆頭使用時與觸摸屏之間形成接觸電容，所述筆頭為柔性碳納米管高分子復合材料構成，該柔性碳納米管高分子復合材料包括一柔性高分子基體以及分散于該柔性高分子材料中的多個碳納米管，所述多個碳納米管在柔性高分子基體中形成導電網絡。
文檔編號G06F3/033GK102053733SQ20101060732
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權日2010年12月27日
發(fā)明者姜開利, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司