面向生理信号采集应用的新型柔性电极的制备和性能研究

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然而迄今为止,医疗用途的传感器及电子电路,一直使用以硅(Si)为主的硬质的电子材料。为了达到良好的传导效果,该种器件在使用过程中,常常需要涂抹导电膏。该过程不仅繁琐,而且当需要长时间监测时,导电膏固化会严重影响到监测的效果。因此对于直接接触人体肌肤的医疗传感器而言,使用生物相容性良好的轻柔材料备受期待。导电棉线材料的制备将为构建新型可穿戴设备传感器提供可选择的新型材料,不仅可以解决生理电信号采集过程中涂抹导电膏的不便,更将很大程度的改善医疗诊断过程中的患者体验。并且,该种新型电极材料的应用,将实现医用电极的可重复使用,这将大大降低医疗成本,减轻医患负担。因此,单壁碳纳米管修饰的智能织物被认为是可穿戴设备的重要材料。本文采用单壁碳纳米管和普通棉线制备导电织物电极并将其用作生理电信号采集的前端传感器。首先,采用浸渍法对普通不导电棉线进行单壁碳纳米管溶液修饰,并对其进行干燥处理,这个过程使得导电性良好的单壁碳纳米管多向分布在棉线的表面,从而使得棉线具有导电性。通过多个实验,探究了制备条件(碳纳米管溶液浓度,修饰时间,修饰次数等)和外界环境因素(如温度,受力情况等)对导电棉线电学性能的影响。最后,基于该种导电棉线制作了织物电极,并通过频率为100Hz,幅值为μV级的正弦信号和阶跃信号的采集实验证明,该种织物电极有能力采集和传送快速变化的弱电信号而不会引起显着的衰减和失真,并具有相对较短的响应时间。该种传统织物的柔韧性和单壁碳纳米管的导电性的完美结合,意味着该种材料在可穿戴电子产品中具有广泛的潜在应用。
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