[发明专利]一种石墨烯柔性表面肌电电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于人体表面肌电信号采集设备制造领域，具体涉及一种石墨烯柔性表面肌电电极及其制备方法。

背景技术

生物医学电信号是属于强噪声背景下的低频微弱信号，是由人体活动产生的自然信号，其包含了大量人体活动的重要信息与生理指标。

肌电信号是人体中众多肌纤维中运动单元运动电位的叠加，肌电信号可以帮助我们确定测试区域的神经、神经元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态。在现有肌电信号采集手段中包括针电极肌电信号采集和表面肌电信号采集。针电极肌电信号采集即通过针电极插入肌肉来采集，这种采集方法有很多局限性，例如有创伤、有疼痛并且无法监测肌肉运动等。表面肌电信号是浅层肌肉和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应，能在一定范围内反映神经肌肉的活动。相对于针电极肌电信号采集，采集表面肌电信号有非侵入性、无创伤、操作简单等优点。然而肌电信号是非平稳的微弱信号，需要采集信号的电极必须具有优良的导电性，才能保证信号能尽可能完整传入信号处理端。而对于表面肌电信号采集方式来说，因为其与皮肤属于直接表面接触，所以其不仅需要采集信号的电极具有更加优良的导电性，并且对电极的表面触感也有更高的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯柔性表面肌电电极及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石墨烯柔性表面肌电电极的制备方法，其制备步骤如下：

1)将铜箔清洗干燥后通过化学气相沉积法在铜箔表面沉积单层石墨烯；

2)在铜箔石墨烯表面中心涂上导电银胶并连接导电线，再在100～160℃条件下加热固化10～30min；

3)在连接引导线的石墨烯面，覆盖胶黏剂，在80～150℃条件下干燥固化1h-2h；

4)铜箔刻蚀，刻蚀完全后，将电极清洗晾干，得石墨烯柔性表面肌电电极。

进一步，步骤1)中所述铜箔清洗干燥方法如下：将铜箔依次置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗10min，用氮气吹干。

进一步，步骤1)中所述化学气相沉积法如下：将铜箔放置于化学沉积系统真空腔体中，通入氩气、氢气与甲烷的混合气体，并调节温度为900～1100℃，压力为10～100Pa，控制沉积时间为5-20min，则完成铜箔表面沉积单层石墨烯。

更进一步，调节温度为1050℃，压力为20Pa。

更进一步，氩气、氢气与甲烷的混合气体中氩气、氢气、甲烷体积比为200:80:5。

进一步，步骤3)中所述胶黏剂为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或聚酰亚胺(PI)。

进一步，步骤3)中覆盖胶黏剂采用涂覆的方式。

更进一步，步骤3)涂覆胶黏剂厚度为1～2mm。

进一步，步骤4)中铜箔刻蚀采用湿法刻蚀，将未刻蚀铜箔的电极放入浓度为1mol/L～5mol/L的硝酸铁溶液中，刻蚀2～6h。

由上述石墨烯柔性表面肌电电极的制备方法得到的石墨烯柔性表面肌电电极。

石墨烯是一种基于sp2杂化组成的单层碳原子构成的六方晶格的二维晶体，展现出了非常优良的物理性质，单层石墨烯电子迁移率高达15,000cm2V-1s-1，超过硅100倍以上，所以石墨烯有优秀的导电性。并且石墨烯有很好的机械性能，其断裂强度为42N/m²，强度可达到130GPa，是钢铁强度的100多倍，作为表面肌电信号采集的电极，石墨烯是非常合适的材料。

本发明的有益效果在于：本发明所制得的石墨烯柔性表面肌电电极具备柔性以及优良的导电性和机械性能。采用化学气相沉积法将在铜箔表面沉积上单层石墨烯薄膜，利用石墨烯薄膜优良导电性使得微弱的表面肌电信号在传输过程中损耗小、干扰少，并且因为石墨烯薄膜的柔性，可以实现更好的与体表接触，给人以舒适感，再通过导线与电极连接处的固化措施也减少了外界对表面肌电信号的干扰，并且制备方法简便，制作周期短。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为石墨烯柔性表面肌电电极的制备流程，其中A为剪裁后的铜箔，B为铜箔上层积单层石墨烯，C为在石墨烯面涂覆导电银胶并连接导电线，D为在石墨烯面涂覆胶黏剂，E为石墨烯柔性表面肌电电极；