一种具有弹性的采集眼电信号半干电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有弹性的采集眼电信号半干电极及其制备方法。所述具有弹性的采集眼电信号半干电极包括包含底座部分和电极爪部分。其中底座部分和电极爪部分是由一体同步制成。通过酸化处理的石墨烯和氯化铁溶液的存在产生稳定的导电性能，且氯化铁溶液的存在降低了皮肤

【技术实现步骤摘要】
一种具有弹性的采集眼电信号半干电极及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性电子制造领域，特别涉及一种具有弹性的采集眼电信号半干电极及其制备方法。
【技术背景】
[0002]眼电电极能够有效地采集微弱的眼电信号，在可穿戴电子应用中具有广阔的应用前景。
[0003]眼电信号可以反映睡眠模式、大脑状况、嗜睡和眼睛疲劳，可用于疲劳警告。以及人机交互和疾病诊断，如多动障碍、中风、孤独症和阿尔茨海默氏症和帕金森病。眼电图是一种方便快捷的测量眼球运动的方法，不需要基于昂贵而笨重的组件，如高分辨率相机，它只需要几个电极即可同时测量。传统的湿电极，如Ag/AgCl电极，通常用于收集眼电信号，但它们在使用数小时后便会干涸、失效，且干涸后粘结在皮肤上造成不适。因此，有良好耐候性且佩戴舒适的柔性表皮电极亟待开发，用于眼电信号的采集。
[0004]针对现有技术中湿电极易干涸失效且干涸造成人体皮肤不适的问题，部分研究者开始致力于研究干式电极。Cheng等人(1)使用PDMS
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CB(碳黑)制备了干燥眼电电极，采集眼电信号。但其电导率较低，仅为0.001S/m。由于其为干电极，其界面阻抗较高为16.3kΩ(100Hz)。Lu等人(2)设计了石墨烯电子纹身来收集眼电信号。但其需要将在铜箔上生长的大面积石墨烯转移至柔性基底之上才能使用，制备难度大。干电极本身导电率较低、与皮肤电极界面阻抗高且佩戴需要加大挤压力导致的皮肤不适，这些问题限制了干式电极的发展。
[0005]基于以上问题，半干电极成为了理想电极的一种可行方案。Li等人(3)采用聚丙烯酰胺/聚乙烯醇超孔水凝胶制备了半干电极。K.Jakab等人(4)采用聚乙烯醇水凝胶和一个3D打印的镀银聚乳酸电极体组成半干电极。然而，该半干电极通常需要复杂的设计与精细的装置，同时也面临耐候性的考验，Li设计的半干电极采用复杂的空腔结构设计以达到储存电解质并在测试中释放电解质降低界面阻抗的目的，但空腔结构也使得该电极在工作60min后其电解质便损失殆尽(12.3％)。K.Jakab设计的半干电极采用镀银的聚乳酸作为电极芯部结构，成本高昂且整体结构复杂，不适合大规模生产。
[0006]开发出一种高弹性、耐候性好、导电良好、佩戴舒适、制备简单的柔性半干电极在可穿戴电子领域中具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了基于酸化处理的石墨烯/氯化铁/聚乙烯醇(PVA)的采集眼电信号半干电极的制备方法，该凝胶电极在成型过程中，经历了化学交联和物理交联两个过程，通过添加酸化处理石墨烯，作为材料内部网络骨架，既保证完整的导电通路，又保证材料的压缩性能；通过添加氯化铁的方式，使得材料具备优异的导电性能。该电极具有高弹性、耐候性好、导电良好、佩戴舒适、制备简单等特点，在柔性可穿戴电子器件等领域具有潜在的应用
价值。
[0008]本专利技术提供一种高弹性、耐候性好、导电良好的采集眼电信号半干电极，其制备方法包括以下步骤：
[0009]步骤一、制备酸化处理的石墨烯：取石墨烯0.1g
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1.2g，加入10mL
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40mL混酸(HNO3∶H2SO4＝1∶3)中，随后在70℃处理3h后抽滤、真空干燥得到石墨烯；
[0010]步骤二、将酸化处理后的石墨烯分散在水中，石墨烯浓度为0.25wt％
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1wt％，得到分散液A；
[0011]步骤三、将0.45g PVA溶解在2.35mL的分散液A中，在140℃下加热搅拌3.5h，得到溶液B，再将1.9mL丙二醇分散在溶液B中，得到分散液C；
[0012]步骤四、将氯化铁溶解在水中，氯化铁浓度为5.56wt％
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16.5wt％，配置得到溶液D；
[0013]步骤五、将0.25mL
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1mL溶液D与分散液C混合均匀得到分散液E；
[0014]步骤六、采用SolidWorks软件设计并采用3D打印得到爪式电极模具。
[0015]步骤七、将分散液E倒入爪式电极模具中，待分散液E充满模具后，再将装满分散液E的模具在
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25℃冷冻12h；
[0016]步骤八、取出模具中的凝胶电极置于室温15min，随后在
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25℃冷冻12h，得到所述采集眼电信号半干电极。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果
[0018]1.本专利技术避免了以往采用湿电极采集EOG眼电信号时由于导电膏干涸导致的采集质量下降。
[0019]2.本专利技术避免了以往采用湿电极采集EOG眼电信号后，黏附干涸在人体表面导致的受测者的不适，以及以往测试后受测者需要清洗皮肤。
[0020]3.本专利技术相比于现有的干电极，显著提高了电极电导率和降低了皮肤电极界面阻抗。
[0021]4.本专利技术制备方法简单，可大批量生产。
【附图说明】
[0022]以下，结合附图来进行详细说明本专利技术中的实施方案，其中：
[0023]图1示意了采集眼电信号半干电极的结构示意图及实物图。图中示意的采集眼电信号半干电极的底座部分高3.5mm，直径8mm；电极爪部分高2.5mm，下底直径2.5mm，上底直径1.5mm。
[0024]图2示意了实施例1、例2制备的眼电采集的具体情形。
[0025]图3示意了实施例1制备的采集眼电信号半干电极添加1wt％石墨烯、16.5wt％氯化铁用量的压缩力学性能，80％压缩形变下强度为，319.88kPa。
[0026]图4示意了实施例1制备的采集眼电信号半干电极在进行测试后采集到的结果，随着受测者眼睛的变动，电压信号反应出受测者的具体举动。
[0027]图5示意了实施例1制备的采集眼电信号半干电极的耐候性和低的皮肤
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凝胶界面阻抗，可见其在室温空气中具有良好的尺寸和电信号稳定性以及良好的皮肤
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凝胶界面阻抗值。
[0028]图6示意了实施例1制备的采集眼电信号半干电极与商用电极采集得眼电信号几乎没有差别。
[0029]图7示意了实施例1制备的采集眼电信号半干电极在室温放置48h后采集到的眼电信号，可见其良好的耐候性。
[0030]图8示意了实施例2制备的采集眼电信号半干电极添加0.75wt％石墨烯、9.97wt％氯化铁用量的压缩力学性能，80％压缩形变下强度为，412.81kPa。
[0031]图9示意了实施例2制备的采集眼电信号半干电极在进行测试后采集到的结果，随着受测者眼睛的变动，电压信号反应出受测者的具体举动。
[0032]图10示意了实施例2制备的采集眼电信号半干电极的耐候性和低的皮肤
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凝胶界面阻抗，可见其在室温空气中具有良好的尺寸和电信号稳定性以及良好的皮肤
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凝胶界面阻抗值。
[0033]图11示意了实施例2制备的采集眼电信号半干电极与商用电极采集得眼电信号几乎没有差别。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有弹性的采集眼电信号半干电极，其特征在于：包含底座部分和电极爪部分，所述采集眼电信号半干电极采用酸化处理的石墨烯与聚乙烯醇(PVA)、丙二醇、氯化铁、水凝胶化制得。2.根据权利要求1所述的具有弹性的采集眼电信号半干电极，其特征在于，所述底座部分和电极爪部分是由一体同步制成。3.根据权利要求1所述的具有弹性的采集眼电信号半干电极，其特征在于，所述底座部分和电极爪部分是在前驱体倒入模具而获得。4.一种具有弹性的采集眼电信号半干电极及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将酸化处理的石墨烯均匀分散于水中；步骤2：将PVA溶于步骤1的分散液中；步骤3：待PVA完全溶解后加入丙二醇；步骤4：待步骤3的混合液搅拌均匀后，加入氯化铁溶液。步骤5：将步骤4的混合液倒入模具中，并冷冻。5.根据权利4所述的具有弹性的采集眼电信号半干电极的制备方法，其特征在于，所述PVA相对分子量为146000
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186000，99+％水解度...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦文静，陈建行，宋雨，刘杨，郭修杰，印寿根，田振昊，冯雷，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：