各向同性非水性电极传感材料制造技术

本文公开了一种非水性各向同性导电信号接收复合物，其包含具有顶面和底面的连续导电材料，两个表面基本上被介电聚合物材料覆盖，介电聚合物内具有极性材料。介电聚合物内具有极性材料。介电聚合物内具有极性材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】各向同性非水性电极传感材料
优先权
[0001]本申请要求于2020年3月25日提交的美国临时专利申请第62/994,558号的优先权，其公开内容通过引用纳入本文。

技术介绍

[0002]本专利技术总体上涉及传感器系统，尤其涉及用于检测和传输电信号的传感器系统。
[0003]传统上，为了获取诸如心电图(ECG或EKG)信号、表面肌电图(sEMG)信号和皮肤电活动(EDA)信号之类的生物医学信号，人们使用各种形式的离子导电介质(例如水凝胶)。这些水性基信号捕获复合物通常依靠水性基材料中溶解的元素(例如盐)来实现离子导电。诸如氯化钠或氯化钾等盐在水性介质中很容易溶解，它们的离子会解离(分离成正离子和负离子)。之后，解离的离子可以传递电流或信号。出于这个原因，长期以来人们将盐添加到水中，之后可以将其添加到聚合物和弹性体材料中，以提供良好的导电性。
[0004]例如，美国专利第6,121,508号公开了一种用于生物医学电极的压敏粘合剂水凝胶。公开的水凝胶材料至少包括水、氯化钾和聚乙二醇，并且其根据公开具有导电性。美国专利第5,800,685号还公开了一种包括水、盐、引发剂或催化剂以及交联剂的导电粘合剂水凝胶。但是，此类水凝胶的使用通常还需要在水凝胶的一侧(远离患者)使用导电的低电阻表面，其能够接收离子导电电荷，例如银/氯化银，其相对昂贵。
[0005]虽然这些水凝胶/粘合剂可以具有良好的导电性能，但是它们通常仅具有普通的粘合性能。另一个缺点是，电导率随着含水量的变化而变化，例如蒸发引起变化，这要求水凝胶在使用前保持在密封环境中，之后因蒸发而只能使用有限的时间。因此，此类复合物中的含水量显著影响电性能。这对水性基电极的保质期和储存环境带来挑战，因为即使是密封包装也可能随着时间的推移产生一定量的蒸发。
[0006]如美国专利第7,651,638号、8,788,009号、8,792,957号、8,673,184号、9,818,499号和9775,235号中所教导的，已经开发了替代技术。某些替代技术部分地基于使用基本上分散在介电有机聚合物中的有机极性化合物的非水性基体系。根据所选择的介电聚合物，此类复合物还可以用作压敏粘合剂(PSA)，以方便放置在患者身上。此外，通过仔细选择PSA，可以调整粘附水平，从与皮肤的长期粘合到新生儿或老年患者的较不强烈的粘附。极性材料与聚合电介质材料的组合需要避免随时间和温度以及在经受特别高的湿度时发生的相分离。
[0007]导电PSA的设计长期以来一直存在挑战，至少因为粘合强度和柔韧性通常随着导电材料的存在增加而降低。通常用于(添加)以提供良好导电性的材料通常不太有柔性并抑制粘附。制备导电涂层的常规方法是用诸如石墨、银、铜等导电颗粒填充聚合材料，之后将聚合粘合剂涂布、干燥和固化。在这些情况下，导电颗粒的浓度使得当颗粒各自与至少一个其他相邻颗粒物理接触时形成导电网络。以这种方式，提供穿过复合物的导电路径。
[0008]但是，对于压敏粘合剂，若颗粒浓度足够高以形成保持颗粒与颗粒接触的网络，则PSA组分的聚合物(例如弹性体)体系几乎不可能以足够高的浓度存在以流出以在基材和电
极之间进行充分的表面对表面接触，即充当粘合剂。相反，若PSA组分的浓度足以与基材进行充分的表面接触，则PSA将不得不中断相邻的导电颗粒，从而破坏颗粒与颗粒的接触，对导电性产生不利影响。
[0009]另一种类型的导电PSA包括直径等于或大于PSA厚度的导电球形颗粒。以这种方式，信号或电流可以沿颗粒表面传输，从而在粘合剂的厚度维度上提供各向异性的电流流动。但是，由于大球形颗粒的体积，粘合剂的连续性可能会受到影响。
[0010]美国专利第5,082,595号公开了一种包括碳颗粒的导电压敏粘合剂，该导电粘合剂根据公开通过将黑色填料(碳)掺入压敏粘合剂中以赋予导电性的方式制备，但是其浓度足够低，以避免对粘合剂的物理性能(例如粘性)产生不利影响。特别是，该专利指出，在没有高剪切的情况下，在温和的混合或搅拌下形成炭黑在有机溶剂中的浆液，从而形成碳结构。之后可以将混合物引入粘合剂中。但是，此类复合物在某些应用中可能无法提供足够的粘合性和导电性。此类复合物还可以包括具有相对更高或更低浓度的导电材料的区域。某些导电聚合和弹性体材料包括在聚合或弹性体材料中浓度的导电颗粒，因此可能在材料表面上表现出不一致的电性能。
[0011]因此，仍然需要一种用作导电聚合材料的复合物，其提供导电性而不损害聚合材料的所需性能，此外，还需要提供一致电性能的导电聚合材料。

技术实现思路

[0012]根据一个方面，本专利技术提供了一种非水性各向同性导电信号接收复合物，其包括具有顶面和底面的连续导电材料，两个表面基本上被介电聚合物材料覆盖，介电聚合物内具有极性材料。
[0013]根据另一方面，本专利技术提供了一种制造非水凝胶各向同性导电信号接收材料的方法。该方法包括提供连续导电材料，其两侧基本上都覆盖有介电聚合物和极性材料的混合物。
[0014]根据另一方面，本专利技术提供了一种非水性各向同性导电信号接收复合物，其包括具有顶面和底面的连续导电材料，顶面和底面均包括其上的聚合材料，所述聚合材料包括连接到聚合材料的聚合物上的极性取代基。
[0015]根据另一方面，本专利技术提供了一种信号接收材料，其包括分布在聚合材料内的极性材料和聚合材料内的导电材料，导电材料分别在长度方向和宽度方向上延伸，其均显著大于信号接收材料的厚度方向。
[0016]根据另一个实施方式，本专利技术提供了一种信号接收纤维材料，其包括分布在聚合材料内的极性材料和聚合材料内的导电材料，导电材料基本上被聚合材料涂布，极性材料分布在其中。
附图说明
[0017]结合附图可以进一步理解以下描述，其中：
[0018]图1所示为本专利技术的一个方面的复合物的示意性图解；
[0019]图2所示为应用于对象的图1的复合物的示意性图解；
[0020]图3所示为包括应用的图2复合物的电极的示意性俯视图；
[0021]图4所示为应用于对象的图3的一对电极的示意性图解；
[0022]图5A和5B所示为本专利技术的一个方面的复合材料在来自交变电场的电荷存在(图5A)和随后不存在(图5B)的情况下的示意性图解；
[0023]图6所示为本专利技术的另一个方面的复合物的示意性图解，其包括连续导电材料；
[0024]图7所示为图6的复合物在存在交变电场的情况下的示意性图解；
[0025]图8所示为本专利技术的一个方面的固体膜形式的连续导电材料的示意性图解；
[0026]图9所示为本专利技术一个方面的编织材料形式的连续导电材料的示意性图解；
[0027]图10所示为本专利技术一个方面的无纺网格材料形式的连续导电材料的示意性图解；
[0028]图11所示为本专利技术一个方面的无序材料形式的连续导电材料的示意性图解；
[0029]图12所示为不含极性材料的复合物的阻抗测试结果的示意性图解；
[0030]图13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非水性各向同性导电信号接收复合物，其包含具有顶面和底面的连续导电材料，两个表面基本上被介电聚合物材料覆盖，所述介电聚合物内具有极性材料。2.如权利要求1所述的复合物，其中，介电聚合物和极性材料不表现出显著的相分离，即使在暴露于高湿度之后也是如此。3.如权利要求1
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2中任一项所述的复合物，其中，极性材料具有高达45重量％的浓度并且基本上分散在所述介电聚合物中。4.如权利要求1
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3中任一项所述的复合物，其中，介电聚合物是PSA。5.如权利要求4所述的复合物，其中，PSA基于丙烯酸共聚物。6.如权利要求1
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5中任一项所述的复合物，其中，介电聚合物是非粘性聚合物。7.如权利要求6所述的复合物，其中，非粘性聚合物是热塑性聚氨酯。8.如权利要求1
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7中任一项所述的复合物，其中，极性材料来自季铵盐族。9.如权利要求1
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8中任一项所述的复合物，其中，连续导电材料是导电纤维无纺布。10.如权利要求1
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9中任一项所述的复合物，其中，连续导电材料是由导电碳纤维纱线组成的编织织物。11.如权利要求1
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10中任一项所述的复合物，其中，连续导电材料包括金属箔。12.如权利要求11所述的复合物，其中，连续导电层包括铝箔。13.如权利要求1
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12中任一项所述的复合物，其中，连续导电材料是导电丝网。14.一种制造非水凝胶各向同性导电信号接收材料的方法，其包括提供连续导电材料，该材料的两侧基本上都覆盖有介电聚合物和极性材料的混合物。15.如权利要求14所述的方法，其中，介电聚合物和极性材料组合从溶液涂料浇注到连续导电材料上，使得连续导电材料基本上被介电聚合物和极性材料组合覆盖，其中，极性材料基本上分散在介电材料中。16.如权利要求14
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15中任一项所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：弗莱康股份有限公司，
类型：发明
国别省市：