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碳纳米管是一种空心管状的碳分子，直径只有几纳米，数千万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝粗细，而其长度则可达到毫米、厘米量级，特殊工艺下甚至可达数米长。碳纳米管可以用来制造纳米电子电路、分子振荡器、纳米探针、电子枪、气体传感器，自1991年被发现以来，一直是实验室中的明星材料。
2002年清华-富士康纳米中心的科学家们发明了一种“超顺排碳纳米管阵列”材料（如图1所示），这种材料就像纺纱用的棉条一样，可以纺出连续不断的碳纳米长线、拉出连续不断的碳纳米透明导电薄膜（如图2所示）。这种材料的发明，解决了纳米材料研究中的一个重大问题：把细小得看不见的纳米材料，做成宏观尺寸的产品，应用到人们的生产、生活当中。碳纳米管长线纤细、柔软，却有着很高的抗拉强度；碳纳米薄膜的质量极轻，厚度只有几十纳米，可以用在锂电池、扬声器、导电膜、加热器等各个领域，其中它的一个重要应用已经大批量出现在日常生活中——手机和平板电脑触摸屏。从此，可以“触摸”到微观世界的碳纳米管为宏观世界带来的“跳动”。
一、碳纳米管触摸屏的研究态势
碳纳米管触摸屏（如图3所示）的开发进程并非一帆风顺，一开始就遇到一个严重的问题——电阻过高。碳纳米管薄膜的方块电阻一般在1～3kΩ，而传统的氧化铟锡（ITO）触摸屏，方块电阻仅仅在几十到几百欧姆。这么大的电阻，根本无法做成通用的图形结构，也无法使用通用的触摸屏控制芯片，所以没有商业应用价值。一开始，研发人员想了各种方法来降低碳纳米管薄膜的电阻，但是由于薄膜本身是由碳元素构成的，它的电阻率基本上与石墨相当，很难大幅度改进。虽然在薄膜上镀金属可以大幅度降低电阻，但是又带来了透明度降低、强度下降等问题，难以两全其美。
经过反复钻研，研发人员们另辟蹊径，不采用刻蚀图形的触摸屏结构，而是直接使用整片的碳纳米管薄膜。碳纳米管薄膜有一个特点，即导电各向异性。垂直于拉膜方向的电阻，要比沿着拉膜方向的电阻大100倍，这就形成了一个天然的“内置式”图形，把电极放在拉膜方向的两端，一对一对的电极就被天然的高阻分开了。触摸屏的寻址方式也采用了新算法，纵向坐标用相邻电极对的信号强度来计算，而横向坐标用一对电极内部的相对信号强度来计算，这样不但顺利实现了触摸点的定位，而且免除了制作图形结构的光刻/刻蚀工艺，极大地简化了生产流程。更令人兴奋的是，新的寻址算法在通用的触摸屏控制芯片上也可以实现，这样就打通了碳纳米管触摸屏产业化的最后一道关卡。
二、碳纳米管薄膜制触摸屏的优点
用碳纳米管薄膜制成的触摸屏，相比传统的ITO触摸屏有显著的优点。
1.柔性
碳纳米管薄膜就像丝绸一样柔软，可以任意弯折，甚至可以经受像折纸一样的反复折叠而丝毫不受影响。做成触摸屏后，PET基底和银浆线路能够承受什么样的弯曲，器件本身就能够承受什么样的弯曲。这对于目前盛行的柔性器件、可穿戴器件来说，是一个马上可以采用的触摸屏方案。相比之下（如图4所示），ITO触摸屏则要脆弱得多，虽然可以做成弧面的器件，但是贴合动作稍有不慎就会报废，甚至大板的生产过程中，取放的过程如果不慎弯曲，也会使整张薄膜报废。
除了柔性，碳纳米管触摸屏还能够经受一定程度的变形。它不仅可以做3D贴合（即2个方向上都弯曲的曲面）工艺，还可以跟聚碳酸酯（PC）、超细聚甲基丙烯酸甲酯粉（PMMA）等材料一起放进模具里，直接热压成型，做成真正的3D触摸屏产品（如图5所示）。这给予产品设计极大的自由度，能够让人们生活中的各种物品、各种表面都变成可触摸的人机界面。
2.耐久性
碳纳米管触摸屏是一种长寿命、耐敲击、耐刮擦的产品（如图6所示）。碳纳米管薄膜固化在UV胶层里，就像冬天冻在冰面里的稻草一样，普通的敲击操作、摩擦甚至剐蹭都无法损伤其分毫。相比之下，ITO薄膜在PET基底上的附着力并不是很强，重度使用很容易剥落，造成器件失效。如果用碳纳米管做成游戏机或工控产品用的触摸屏，寿命将比ITO触摸屏长10倍以上。
3.抗电磁干扰性
碳纳米管触摸屏具有抗电磁干扰的性能。如前文所述，碳纳米管薄膜的高电阻给触摸屏产品开发造成了困难，然而一旦克服了这个困难，高电阻的特性就能带来意想不到的回报。由于本身的电阻高，又不用做电极图形，碳纳米管触摸屏基本上不会产生天线效应，显示器的驱动电路，以及电子产品通常使用的各种无线信号如手机信号、WiFi、蓝牙等等，都不会对触摸屏产生干扰。反过来，碳纳米管触摸屏的驱动电路也不会对上述信号产生干扰。这在很大程度上给日益紧凑的电子产品带来了设计的便利。
4.防水性
碳纳米管触摸屏还具有天生的防水功能。由于薄膜阻抗较高，并且驱动原理不同，水滴落在碳纳米管触摸屏的表面，对信号探测的影响较小。配备了碳纳米管触摸屏的手机，可以在雨天使用而不会有误触发；手指上沾有水，触摸也可以正常操作（如图7所示）。在与ITO触摸屏手机的实际使用对比中，这一点非常明显。碳纳米管的这个特点，可以广泛用在随身电子产品，以及厨房家电上，给人们的生活带来便利。
5.环保型
碳纳米管触摸屏的生产制程，从原料到产品的生产过程均具有高度的节能和环保优势。传统的触摸屏采用ITO薄膜，其中90%的成份为稀有金属铟。随着信息产业的飞速发展，铟在地壳中的储量已接近耗尽。而碳纳米管触摸屏的生产原料为甲烷、乙烯、乙炔等碳氢气体，资源丰富，解决了行业对于资源匮乏的担忧。碳纳米管薄膜采用干法铺膜工艺，生产流程短、简便，不需昂贵的光刻工艺，不用水，不用有毒的化学药品。经过碳纳米管触摸屏生产线的实际测算，每生产100万片碳纳米管触摸屏，相比传统ITO工艺（如图8所示）可以节电9万kWh、节水1万t。由于生产流程简短，生产线也可以设计得很紧凑，2 000m2的洁净厂房即可提供200万片4～5寸触摸屏的月产能。
三、自主研发生产线
碳纳米管触摸屏采用全新的材料和工作原理，与传统触摸屏不同。在材料、生产技术、生产设备、产品结构等方面，已申请了200余项国内、国外专利，其中100余项已获得授权，建立了完善的专利布局。碳纳米管触摸屏的生产、应用和销售将不受国外专利的制约；清华大学的科研人员和富士康集团的自动化设备开发部门通力合作，自主开发了量产型的全自动碳纳米管铺膜机（如图9所示），建立了世界首条碳纳米管触摸屏生产线，2011年成立天津富纳源创科技有限公司，专业从事碳纳米管触摸屏的生产，2012年产能已达到3 000万片/年。2014年，又建立贵阳生产基地，进一步提高产能。目前，碳纳米管触摸屏产品系列涵盖了1.4～10寸范围，用于智能手表、手机、平板电脑、智能家电、车载导航和智能车钥等产品。
四、展望
碳纳米管触摸屏是国内从原创科学发现，生产设备到应用产品，完全自主研发建立的产业，它的发展壮大将有助于触控行业摆脱对国外原料、设备和专利技术的依赖，开发新的应用市场，加速产业升级，为建立自主创新的新型触控产业贡献一份微薄的力量。
2002年清华-富士康纳米中心的科学家们发明了一种“超顺排碳纳米管阵列”材料（如图1所示），这种材料就像纺纱用的棉条一样，可以纺出连续不断的碳纳米长线、拉出连续不断的碳纳米透明导电薄膜（如图2所示）。这种材料的发明，解决了纳米材料研究中的一个重大问题：把细小得看不见的纳米材料，做成宏观尺寸的产品，应用到人们的生产、生活当中。碳纳米管长线纤细、柔软，却有着很高的抗拉强度；碳纳米薄膜的质量极轻，厚度只有几十纳米，可以用在锂电池、扬声器、导电膜、加热器等各个领域，其中它的一个重要应用已经大批量出现在日常生活中——手机和平板电脑触摸屏。从此，可以“触摸”到微观世界的碳纳米管为宏观世界带来的“跳动”。
一、碳纳米管触摸屏的研究态势
碳纳米管触摸屏（如图3所示）的开发进程并非一帆风顺，一开始就遇到一个严重的问题——电阻过高。碳纳米管薄膜的方块电阻一般在1～3kΩ，而传统的氧化铟锡（ITO）触摸屏，方块电阻仅仅在几十到几百欧姆。这么大的电阻，根本无法做成通用的图形结构，也无法使用通用的触摸屏控制芯片，所以没有商业应用价值。一开始，研发人员想了各种方法来降低碳纳米管薄膜的电阻，但是由于薄膜本身是由碳元素构成的，它的电阻率基本上与石墨相当，很难大幅度改进。虽然在薄膜上镀金属可以大幅度降低电阻，但是又带来了透明度降低、强度下降等问题，难以两全其美。
经过反复钻研，研发人员们另辟蹊径，不采用刻蚀图形的触摸屏结构，而是直接使用整片的碳纳米管薄膜。碳纳米管薄膜有一个特点，即导电各向异性。垂直于拉膜方向的电阻，要比沿着拉膜方向的电阻大100倍，这就形成了一个天然的“内置式”图形，把电极放在拉膜方向的两端，一对一对的电极就被天然的高阻分开了。触摸屏的寻址方式也采用了新算法，纵向坐标用相邻电极对的信号强度来计算，而横向坐标用一对电极内部的相对信号强度来计算，这样不但顺利实现了触摸点的定位，而且免除了制作图形结构的光刻/刻蚀工艺，极大地简化了生产流程。更令人兴奋的是，新的寻址算法在通用的触摸屏控制芯片上也可以实现，这样就打通了碳纳米管触摸屏产业化的最后一道关卡。
二、碳纳米管薄膜制触摸屏的优点
用碳纳米管薄膜制成的触摸屏，相比传统的ITO触摸屏有显著的优点。
1.柔性
碳纳米管薄膜就像丝绸一样柔软，可以任意弯折，甚至可以经受像折纸一样的反复折叠而丝毫不受影响。做成触摸屏后，PET基底和银浆线路能够承受什么样的弯曲，器件本身就能够承受什么样的弯曲。这对于目前盛行的柔性器件、可穿戴器件来说，是一个马上可以采用的触摸屏方案。相比之下（如图4所示），ITO触摸屏则要脆弱得多，虽然可以做成弧面的器件，但是贴合动作稍有不慎就会报废，甚至大板的生产过程中，取放的过程如果不慎弯曲，也会使整张薄膜报废。
除了柔性，碳纳米管触摸屏还能够经受一定程度的变形。它不仅可以做3D贴合（即2个方向上都弯曲的曲面）工艺，还可以跟聚碳酸酯（PC）、超细聚甲基丙烯酸甲酯粉（PMMA）等材料一起放进模具里，直接热压成型，做成真正的3D触摸屏产品（如图5所示）。这给予产品设计极大的自由度，能够让人们生活中的各种物品、各种表面都变成可触摸的人机界面。
2.耐久性
碳纳米管触摸屏是一种长寿命、耐敲击、耐刮擦的产品（如图6所示）。碳纳米管薄膜固化在UV胶层里，就像冬天冻在冰面里的稻草一样，普通的敲击操作、摩擦甚至剐蹭都无法损伤其分毫。相比之下，ITO薄膜在PET基底上的附着力并不是很强，重度使用很容易剥落，造成器件失效。如果用碳纳米管做成游戏机或工控产品用的触摸屏，寿命将比ITO触摸屏长10倍以上。
3.抗电磁干扰性
碳纳米管触摸屏具有抗电磁干扰的性能。如前文所述，碳纳米管薄膜的高电阻给触摸屏产品开发造成了困难，然而一旦克服了这个困难，高电阻的特性就能带来意想不到的回报。由于本身的电阻高，又不用做电极图形，碳纳米管触摸屏基本上不会产生天线效应，显示器的驱动电路，以及电子产品通常使用的各种无线信号如手机信号、WiFi、蓝牙等等，都不会对触摸屏产生干扰。反过来，碳纳米管触摸屏的驱动电路也不会对上述信号产生干扰。这在很大程度上给日益紧凑的电子产品带来了设计的便利。
4.防水性
碳纳米管触摸屏还具有天生的防水功能。由于薄膜阻抗较高，并且驱动原理不同，水滴落在碳纳米管触摸屏的表面，对信号探测的影响较小。配备了碳纳米管触摸屏的手机，可以在雨天使用而不会有误触发；手指上沾有水，触摸也可以正常操作（如图7所示）。在与ITO触摸屏手机的实际使用对比中，这一点非常明显。碳纳米管的这个特点，可以广泛用在随身电子产品，以及厨房家电上，给人们的生活带来便利。
5.环保型
碳纳米管触摸屏的生产制程，从原料到产品的生产过程均具有高度的节能和环保优势。传统的触摸屏采用ITO薄膜，其中90%的成份为稀有金属铟。随着信息产业的飞速发展，铟在地壳中的储量已接近耗尽。而碳纳米管触摸屏的生产原料为甲烷、乙烯、乙炔等碳氢气体，资源丰富，解决了行业对于资源匮乏的担忧。碳纳米管薄膜采用干法铺膜工艺，生产流程短、简便，不需昂贵的光刻工艺，不用水，不用有毒的化学药品。经过碳纳米管触摸屏生产线的实际测算，每生产100万片碳纳米管触摸屏，相比传统ITO工艺（如图8所示）可以节电9万kWh、节水1万t。由于生产流程简短，生产线也可以设计得很紧凑，2 000m2的洁净厂房即可提供200万片4～5寸触摸屏的月产能。
三、自主研发生产线
碳纳米管触摸屏采用全新的材料和工作原理，与传统触摸屏不同。在材料、生产技术、生产设备、产品结构等方面，已申请了200余项国内、国外专利，其中100余项已获得授权，建立了完善的专利布局。碳纳米管触摸屏的生产、应用和销售将不受国外专利的制约；清华大学的科研人员和富士康集团的自动化设备开发部门通力合作，自主开发了量产型的全自动碳纳米管铺膜机（如图9所示），建立了世界首条碳纳米管触摸屏生产线，2011年成立天津富纳源创科技有限公司，专业从事碳纳米管触摸屏的生产，2012年产能已达到3 000万片/年。2014年，又建立贵阳生产基地，进一步提高产能。目前，碳纳米管触摸屏产品系列涵盖了1.4～10寸范围，用于智能手表、手机、平板电脑、智能家电、车载导航和智能车钥等产品。
四、展望
碳纳米管触摸屏是国内从原创科学发现，生产设备到应用产品，完全自主研发建立的产业，它的发展壮大将有助于触控行业摆脱对国外原料、设备和专利技术的依赖，开发新的应用市场，加速产业升级，为建立自主创新的新型触控产业贡献一份微薄的力量。