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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

发布时间:2019-04-19 08:36
【摘要】: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。
[Abstract]:So far, however, sensors and electronic circuits for medical applications have been using rigid electronic materials dominated by silicon (Si). In order to achieve good conductive effect, it is often necessary to apply conductive paste in the process of application of this device. This process is not only cumbersome, but also when monitoring for a long time, the curing of conductive paste will seriously affect the monitoring effect. Therefore, for direct contact with human skin medical sensors, the use of good biocompatibility of soft materials is expected. The preparation of conductive cotton wire material will provide an optional new material for the construction of a new wearable device sensor. It can not only solve the inconvenience of applying conductive paste in the process of collecting physiological electrical signals. It will greatly improve the patient experience in the process of medical diagnosis. Moreover, the application of this new electrode material will realize the reuse of medical electrode, which will greatly reduce the medical cost and reduce the burden of doctors and patients. Therefore, single-walled carbon nanotubes modified intelligent fabric is considered to be an important material for wearable devices. In this paper, single-walled carbon nanotubes and common cotton wire are used to prepare conductive fabric electrodes and use them as the front-end sensor for collecting physiological electrical signals. Firstly, ordinary non-conductive cotton wires were modified with single-wall carbon nanotubes solution by impregnation method and dried. This process made single-walled carbon nanotubes with good conductivity distributed in many directions on the surface of cotton wire. Thus the cotton thread has electrical conductivity. Through several experiments, the effects of preparation conditions (concentration of carbon nanotubes solution, modification time, modification times, etc.) and environmental factors (such as temperature, stress, etc.) on the electrical properties of conductive cotton yarn were investigated. Finally, the fabric electrode is fabricated based on this kind of conductive cotton wire, and it is proved by the sampling experiment of sine signal and step signal with the frequency of 100 Hz and the amplitude of 渭 V. The fabric electrode has the ability to collect and transmit rapidly changing weak electrical signals without causing significant attenuation and distortion and has relatively short response time. The perfect combination of the flexibility of the traditional fabric and the conductivity of single-walled carbon nanotubes means that the material has a wide range of potential applications in wearable electronic products.
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP274.2;TP212

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本文编号:2460791

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