Advanced Functional Materials:盲人可用的触摸屏——可擦写的自驱动电子盲文显示器件

根据世界卫生组织发布的数据显示,全世界已有超过3600万名盲人。由于视力受损,盲人无法像正常人一样学习和阅读。盲文是专为盲人设计、靠触觉感知的文字。它们由6个触点组成,这些触点被排列成三行两列,可以组合成不同的字符。通过触摸,盲人可以从盲文书中获得文本信息。但是,现在的纸制盲文书籍较为厚重,且内容无法更新,难以快速、实时地给盲人提供最新的信息。介电弹性体是一种电活性聚合物,在电场作用下会产生大幅的形变,并在电场消失后立即恢复其原始尺寸,具有轻便、可快速变形的能力,适于制作新型可擦写盲文显示设备。但是,常见的介电弹性体驱动装置都是高压电源,不仅重量大、耗电量大、价格也很昂贵,难以用于便携的盲文显示设备,而且高压电源还对人体有安全隐患。因此,如果有一种轻便、经济、安全的装置能产生高电压来驱动介电弹性体薄膜,将使便携的、可擦写盲文书成为现实,给众多无法使用触摸屏的盲人带来真实“可触”的好处。

中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟课题组和陈翔宇课题组合作,以摩擦纳米发电机(TENG)为高压源,研制了一种基于介质弹性体的盲文显示系统,该系统具有简单轻巧、制作成本低,安全可靠等特点。相关成果发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202006612)上。

盲文显示系统由盲文显示器件基础单元、TENG和控制模块组成,盲文显示器件基础单元的主体部分为具有柔性电极(碳脂电极)的介电弹性体。研究者通过优化器件设计:经过等离子体刻蚀的Kapton薄膜有效地提高了TENG的输出性,能使TENG产生3000多伏的电压,其短路电流仅为微安级,不会对人体产生任何危害,可驱动介电弹性体薄膜,使其发生形变,并成为可触摸的盲文触点;为了更好地说明TENG作为高压源的安全优势,研究者分别测量由TENG和商用高压电源驱动的介电弹性体的击穿电流,结果表明由TENG引起的击穿电流(44.34 μA)远远小于由商用高压电源引起的击穿电流(28663 μA)。盲文显示系统中的控制模块使盲文显示器件基础单元实现了可擦写的复杂显示方案,使该器件具有了刷新和显示不同盲文字符的功能,可构建盲文显示阵列,展示了作为可擦写盲文显示系统的潜力,为设计便携式盲文电子书提供了新的技术和思路。