CN204695244U - 一种石墨烯柔性键盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石墨烯柔性键盘，属于电子产品输入设备领域。该石墨烯柔性键盘包括按键结构和柔性电路板，所述按键结构与柔性电路板相连接；所述按键结构从上至下依次包括柔性保护层、键帽、石墨烯压力传感器和基底；所述石墨烯压力传感器用于采集按键信息并通过柔性电路板传输至终端设备；所述键盘还包括无线信号发射器，按键信息可以通过无线信号发射器传输至终端设备。本实用新型提供的石墨烯柔性键盘具有结构简单、成本较低、体积小、重量轻、易于携带、可以卷曲或折叠等优点，极大的推进了可穿戴设备的发展。

Description

一种石墨烯柔性键盘

技术领域

本实用新型属于电子产品输入设备领域，涉及一种石墨烯柔性键盘。

背景技术

键盘是目前最常用也是最主要的计算机等数字终端的输入设备，通过键盘，可以将英文字母、数字、符号等输入到计算机等终端设备中，从而向终端设备输入数据、发出命令等。传统的键盘是采用硬质材料制成，键盘重量大、体积大，携带非常不方便，而且刚性的按键容易造成手指关节病变。

为了解决这些问题，柔性键盘应运而生，柔性键盘是一种具有柔性特点的键盘，可以折叠或卷曲，携带很方便，可方便的应用在电子产品上。目前的柔性键盘中导电层通常采用丝网印刷形成的金属丝，采用行列电极扫描的方式进行多点辨认。金属丝的柔韧性比较差，在多次弯折之后容易发生断裂，破坏柔性键盘的结构及功能。

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料；石墨烯的柔韧性非常好，数千次弯折之后其方阻变化甚微。由此可见，具有良好柔韧性的导电材料石墨烯是替代金属丝的极佳选择。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种石墨烯柔性键盘，该石墨烯柔性键盘具有轻薄、结构简单、成本低、柔性好等优良特点。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种石墨烯柔性键盘，该键盘包括按键结构和柔性电路板，所述按键结构与柔性电路板相连接；所述按键结构从上至下依次包括柔性保护层、键帽、石墨烯压力传感器和基底；所述石墨烯压力传感器用于采集按键信息并通过柔性电路板传输至终端设备。

进一步，所述键盘还包括无线信号发射器，所述无线信号发射器与柔性电路板连接，石墨烯压力传感器采集按键信息发送至柔性电路板，然后通过无线信号发射器传输至终端设备。

进一步，所述柔性电路板包括键位扫描电路和编码电路；所述键位扫描电路用于定位按键位置，所述编码电路用于产生被按下键代码。

进一步，所述石墨烯压力传感器为电阻式压力传感器或电容式压力传感器。

进一步，所述电阻式压力传感器从上至下依次包括柔性保护层、第二柔性基层、石墨烯导电层、第一柔性基层。

进一步，所述电容式压力传感器从上至下依次包括柔性保护层、第二柔性基层、石墨烯上极板、介质层、石墨烯下极板和第一柔性基层。

进一步，所述键帽上含有用荧光涂料印制的字母、数字和符号。

进一步，所述石墨烯导电层、石墨烯上极板、石墨烯下极板为石墨烯薄膜、石墨烯墙、石墨烯纳米带或石墨烯量子点。

进一步，所述柔性保护层、第二柔性基层、介质层、第一柔性基层为聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、硅橡胶。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种石墨烯柔性键盘，采用石墨烯压力传感器采集按键信息，并可以通过无线信号发射器发送按键信息至终端设备。该柔性键盘具有轻薄、结构简单、成本低、柔性好等优良特点，如果均采用透明材料，最终可制得透明柔性键盘，对可穿戴设备的发展产生了极大的促进作用。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型所述石墨烯柔性键盘的结构示意图；

图2为石墨烯电阻式压力传感器结构示意图；

图3为石墨烯电容式压力传感器结构示意图；

图4为基于石墨烯薄膜的电阻式压力传感器结构示意图；

图5为基于石墨烯薄膜的电容式压力传感器结构示意图；

图6为将石墨烯柔性键盘穿戴在人体手臂上的示意图；

其中，图1中的101为按键，102为阴极电极引线，103为阳极电极引线，104为键盘控制电路，105为无线信号发射器，106为计算机等终端设备；图2中的201为柔性保护层，202为第二柔性基层，203为导电层，204为第一柔性基层；图3中的301为柔性保护层，302为第二柔性基层，303为上极板，304为介质层，305为下极板，306为第一柔性基层；图6中的601为石墨烯柔性键盘，602为手臂。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，一种石墨烯柔性键盘，包括按键结构101、柔性电路板104，按键101与柔性电路板104相连接；按键结构从上至下依次包括柔性保护层、键帽、压力传感器及基底。石墨烯压力传感器用于采集按键信息并通过柔性电路板传输至终端设备。

石墨烯柔性键盘还包括无线信号发射器105，按键101与柔性电路板104相连接，柔性电路板104与无线信号发射器105相连接，石墨烯压力传感器采集按键信息发送至柔性电路板，然后通过无线信号发射器传输至终端设备。

无线信号发射器的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。

本实用新型石墨烯压力传感器包含两种类型：电阻式压力传感器如图2所示；电容式压力传感器如图3所示。

电阻式压力传感器从上至下依次包括柔性保护层201、第二柔性基层202、导电层203、第一柔性基层204。当按键受压力发生应变时，电阻发生变化，产生电信号的响应，导电层为石墨烯薄膜、石墨烯墙、石墨烯纳米带或石墨烯量子点中的一种；柔性保护层、第二柔性基层、第一柔性基层为聚氨酯(PU)、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、硅橡胶(PDMS)等柔性绝缘材料中的一种。

电容式压力传感器从上至下依次包括柔性保护层301、第二柔性基层302、上极板303、介质层304、下极板305和第一柔性基层306。当按键受压力发生应变时，电容发生变化，产生电信号的响应，其中，上极板和下极板为石墨烯薄膜、石墨烯墙、石墨烯纳米带或石墨烯量子点中的一种；柔性保护层、第二柔性基层、介质层、第一柔性基层为聚氨酯(PU)、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、硅橡胶(PDMS)等柔性绝缘材料中的一种。

石墨烯薄膜、石墨烯墙由化学气相沉积(CVD)方法制得，石墨烯纳米带、石墨烯量子点结构由等离子体刻蚀、聚焦离子束(FIB)等方法获得。石墨烯薄膜可以为单层、双层或多层。

键帽上的字母、数字和符号均采用荧光涂料印制。因而即使在夜晚无光线或光线较暗的情况下，使用者也可以轻松的辨认按键所在的位置。

柔性电路板104上有定位按键位置的键位扫描电路和产生被按下键代码的编码电路，该柔性电路板104即为键盘控制电路。当用手按下按键101时，键盘控制电路产生响应，无线信号发射器105发出射频信号，最终由计算机等终端接受，达到输入目的，最终实现对终端的控制。该石墨烯柔性键盘可贴在任何地方，例如：桌上、墙壁上、穿戴在人体身上等。图6示出了贴在手臂上的石墨烯柔性键盘。

该石墨烯柔性键盘的制备方法，包括如下步骤：

实施例1：电阻式压力传感器

图4为本实施例电阻式压力传感器，从下往上的结构为聚二甲基硅氧烷PDMS 404、石墨烯403、PDMS 402、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA 401，其中石墨烯薄膜为核心导电层，PDMS为基层，PMMA为封装保护层。当按键受压力发生应变时，石墨烯薄膜电阻发生变化，产生电信号的响应，达到按键传感的目的。单层石墨烯薄膜的制备步骤如下：将铜生长基材置于丙酮、95vol％乙醇、超纯水中分别超声清洗2～5分钟，用氮气吹干备用；将干燥后的铜箔至于管式CVD***石英管里，用真空泵将石英管内部抽至真空状态，通入10sccm流量的氢气，80mtorr压强下升温时间30分钟将铜箔加热到1000℃，在相同氢气流量和压力下，将铜箔在1000℃退火30分钟，进入到生长步骤后，1.6torr压强下通15sccm流量甲烷30分钟，最后将铜箔快速冷却至室温完成单层石墨烯薄膜的制备，采用该热CVD工艺在铜箔上制备石墨烯薄膜能得到高质量的均匀单层覆盖(＞95％)。在制得的石墨烯薄膜上旋凃一层厚度为50um的PDMS，置于80℃烘箱中固化PDMS，将所得的结构置于硝酸铁腐蚀液中，将铜完全去除掉，再利用去离子水、盐酸等反复清洗，最后用氮气吹干，获得PDMS/Graphene结构。在该结构之上依次旋凃PDMS、PMMA完成电阻式压力传感器的制备。在压力传感器上增加键帽和柔性保护层得到按键结构，将按键、柔性电路板以及无线信号发射器整合在一起，便得到石墨烯柔性键盘。

实施例2：电容式压力传感器

图5为本实施例电容式压力传感器，从下往上的结构为：PDMS 506、Graphene 505、PDMS504、Graphene 503、PDMS 502、PMMA 501，其中Graphene 505、PDMS 504、Graphene 503为核心电容结构，当按键受压力发生应变时，电容发生变化，产生电信号的响应，达到按键传感的目的。采用同实施例1相同的方法制备获得2个PDMS/Graphene结构，利用覆膜机将2个独立的PDMS/Graphene结构叠在一起，在该结构之上依次旋凃PDMS、PMMA完成电容式压力传感器的制备。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：该键盘包括按键结构和柔性电路板，所述按键结构与柔性电路板相连接；所述按键结构从上至下依次包括柔性保护层、键帽、石墨烯压力传感器和基底；所述石墨烯压力传感器用于采集按键信息并通过柔性电路板传输至终端设备。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：所述键盘还包括无线信号发射器，所述无线信号发射器与柔性电路板连接，石墨烯压力传感器采集按键信息发送至柔性电路板，然后通过无线信号发射器传输至终端设备。

3.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：所述柔性电路板包括键位扫描电路和编码电路；所述键位扫描电路用于定位按键位置，所述编码电路用于产生被按下键代码。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：所述石墨烯压力传感器为电阻式压力传感器或电容式压力传感器。

5.根据权利要求4所述的一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：所述电阻式压力传感器从上至下依次包括柔性保护层、第二柔性基层、石墨烯导电层、第一柔性基层。

6.根据权利要求4所述的一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：所述电容式压力传感器从上至下依次包括柔性保护层、第二柔性基层、石墨烯上极板、介质层、石墨烯下极板和第一柔性基层。

7.根据权利要求1所述的一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：所述键帽上含有用荧光涂料印制的字母、数字和符号。

8.根据权利要求5或6所述的一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：所述石墨烯导电层、石墨烯上极板、石墨烯下极板为石墨烯薄膜、石墨烯墙、石墨烯纳米带或石墨烯量子点。

9.根据权利要求5或6所述的一种石墨烯柔性键盘，其特征在于：所述柔性保护层、第二柔性基层、介质层、第一柔性基层为聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、硅橡胶。