[發明專利]一種柔性電極、其制備方法以及一種肌電傳感器

有效

• 申請號: 201710906809.4
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107753018B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 尚杰;唐大秀;李潤偉;劉宜偉;胡超
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: A61B5/296
• 分類號: A61B5/296
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

本發明公開了一種柔性電極，包括電極內層、電極外層和導電接頭；采用液態金屬與熔融彈性體混合后固化形成電極內層；電極外層具有導電性，包覆著電極內層的底部，由固態導電材料和彈性體組成，固態導電材料均勻分布在彈性體中；導電連接器一端伸入電極內層的底部，另一端連接外部元件，形成電連接。該柔性電極既有高導電性又有高柔韌性，同時具有安全可靠、性能穩定，可用于肌電傳感器等，使用時電極外層能夠貼合肌膚，電極與皮膚間接觸阻抗小，采集到高信噪比的肌電信號，在康復醫學工程、運動監測中具有巨大的潛在應用價值。

技術領域

本發明涉及柔性電子技術和信息控制技術領域，尤其涉及一種柔性電極、其制備方法以及一種肌電傳感器。

背景技術

隨著柔性電子技術的發展和人們對智慧醫療的關注，能長期連續使用，且能采集到高信噪比信號的肌電傳感器受到人們越來越多的關注。

電極是傳感器信號采集模塊的核心，它的性能在很大程度上決定著傳感器的性能。電極主要分為濕電極和干電極兩大類。濕電極導電性好、工藝成熟，但是采用的導電膠易干燥，不適合長期連續使用。干電極主要分為浸入式微針電極、非接觸電容式電極、表面電極三類。浸入式微針電極避開了皮脂、角質層等高阻抗的影響，得到的肌電信號質量高，但是對皮膚存在一定的損傷，不被大部分患者接受；非接觸電容式電極避免電流直接流過人體造成極化現象，但是干擾大，不利于采集本身就十分微弱的生物電信號。因此，采用表面電極制作可長期連續使用的肌電傳感器是未來的一大趨勢。

目前，市場上大部分表面電極是金屬電極和硅膠電極。當應用于肌膚表面時，金屬電極導電性好，但是剛性平面不能緊密貼合皮膚，皮膚與電極間阻抗大，導致信噪比較低，且金屬電極易造成皮膚過敏和擦傷；硅膠電極柔韌性較好，但一般導電性較差，很難采集到高質量的肌電信號。為此，提出了采用液態金屬與熔融彈性體混合，使液態金屬顆粒均勻分散在彈性體中，然后靜置固化而形成柔性電極的方法。但是，由于液態金屬的比重較大，在實際的靜置固化過程中往往會出現液態金屬向底部下沉，從而引起柔性電極中液態金屬分布不均勻的問題，下沉嚴重時甚至出現電極底部液態金屬液滴溢出的現象。

發明內容

針對上述技術現狀，本發明提供了一種柔性電極，既有高導電性又有高柔韌性，同時具有安全可靠、性能穩定的優點。

本發明提供的技術方案為：一種柔性電極，包括電極內層、電極外層和導電連接器；

電極內層的形成方法為：將包含液態金屬與熔融彈性體的混合體攪拌均勻，使液態金屬顆粒均勻分散在彈性體中，然后固化其中的彈性體；

電極外層具有導電性，包覆著電極內層的底部，由固態導電材料和彈性體組成，固態導電材料均勻分布在彈性體中；

導電連接器一端伸入電極內層的底部，另一端連接外部元件，形成電連接。

作為優選，電極外層薄薄包覆著電極內層的底部，即，電極外層厚度小于電極內層的厚度；進一步優選，電極外層的厚度為30um-1mm。

作為優選，導電連接器一端伸入電極內層底部并與電極外層相連接。

作為優選，電極外層還薄薄包覆著電極內層的側面部分。

所述的液態金屬具有優異的導電性和流動性，包括但不限于鎵基合金，例如鎵銦合金、鎵銦錫合金等，以及過渡族金屬、固態非金屬元素的一種或幾種摻雜的鎵基合金。

所述的彈性體具有良好的柔韌性，包括但不限于樹脂、苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、橡膠、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、水凝膠、聚氨酯等中的一種或幾種。

所述的固態導電材料包括但不限于石墨烯、碳納米管、炭黑、銀納米線、銅納米線等中的一種或幾種。

本發明還提供了一種制備上述柔性電極的方法，該方法稱為涂敷法，包括如下步驟：