一种柔性可穿戴干电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及柔性电极材料领域，具体而言，涉及一种柔性可穿戴干电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着社会进步、经济的发展，医疗设备的移动化、智能化已经成为无可逆转的趋势，尤其是与人体健康紧密相关的心电、脑电、肌电设备的智能化、移动化、家用化。然而，无论是临床医学中大量使用的心电电极、脑电电极、肌电电极，还是普通人在运动中所佩戴的心率带上所用的导电橡胶，都有着诸多难以克服的问题。
[0003]比如，临床中使用的心电电极大多为一次性带导电膏的Ag/AgCl电极，尽管此类电极能为医务人员提供被检测者短暂的可靠的心电信号，但是使用一次之后就被丢弃。同时，由于导电膏的存在，如果长期用于心电信号的监测，一方面导电膏会逐渐脱水变干，容易引起电极的脱落和接触阻抗的急剧变化，影响信号的稳定；另一方面导电膏的存在会引起部分被监测者的皮肤过敏等不适反应。而脑电信号的检测中，通常需要被测者剔除特定区域的头发并涂摸导电膏，过程繁琐，同时也给被测者带来诸多不便。而用于正常人心率测试的心率带，其所用的电极通常为导电橡胶，这类电极通常自身导电性较差，与人体皮肤的接触电阻也比较大，往往需要用水浸润后才可正常使用，且无法有效测试到运动过程中人的心电信号。
[0004]因此，随着人们生活水平的提高以及对自身健康的更加关注，伴随可穿戴式的移动医疗产品的普及，将传感电极与服装面料进行有机的融合，赋予纺织品以功能性，是未来人体传感电极的发展趋势。
[0005]尽管已经有很多新颖干式柔性穿戴电极的报道，如中国专利申请201510168806.6报道了基于石墨烯的柔性电极的制备方法；中国专利申请201510011794.6则报道了一种刺绣绒毛柔性心电电极的制备方法。但是目前现有的这些报道中，未能有效解决如下问题:
(1)耐水洗、耐搓揉性、耐拉伸性，无论是医学监测还是运动监测，可穿戴式电极都需要可以被反复清洗并有效保持其特性;并且电极置于服装上就无可避免发生拉扯，要求电极有着较好的弹性和收缩性，并在拉伸回弹后仍有效保持原有的导电特性；(2)长时间稳定性，特别是与衣服相结合，可穿戴式就要求能够有较长的寿命，能够耐受高温熨烫、太阳直晒等，基本保持与衣物相等同的寿命；(3)柔韧性与舒适性，作为与人体皮肤直接接触的部分，电极需要有足够的柔韧性以减少摩擦感，同时又要避免引发皮肤过敏等问题，即保证舒适性；(4)人体环境耐受性，特别是与人体接触的电极需要能够耐受人体汗渍的侵蚀。正是由于现有的各类干式电极面临着如上的这些问题，因此亟需开发出全新的能够克服上述问题的柔性可穿戴电极。
[0006]有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0007]本发明的第一目的在于提供一种柔性可穿戴干电极，所述的柔性可穿戴干电极具有高导电性、良好的柔韧性、高环境耐受性、长时间稳定性、耐水洗及耐搓揉等特性，并可根据服装需要进行任意剪裁，通用性强。
[0008]本发明的第二目的在于提供一种所述的柔性可穿戴干电极的制备方法，所述的制备方法引入了传统的涂布方式，可以有效降低生产成本，可实现大规模生产。
[0009]为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案:
[0010]—种柔性可穿戴干电极，包括依次贴合的基础布料、转印胶质层和纳米导电层；
[0011]所述转印胶质层主要由以下成分组成:按重量百分比计，弹性树脂50%?90%，固化剂5%?15%，填充剂5%?35% ；
[0012]所述纳米导电层主要由以下成分组成:按重量份计，导电纳米材料0.1?20份，分散剂0.1?30份，粘接剂0.01?5份。
[0013]与传统的柔性电极相比，首先，本发明的上述柔性可穿戴干电极在导电层和布料之间增加了转印胶质层，以转印胶质层为粘结桥梁，使导电层稳定地粘结在基础布料上，从而解决了不耐水洗、不耐揉搓、不耐拉伸的问题。
[0014]其次，本发明分别优化了转印胶质层和纳米导电层的配方配比，使两者的融合性更好，并且提高两者的柔韧性、长时间稳定性、环境耐受性;例如，纳米导电层中，分散剂是为了将导电纳米材料充分分散于溶剂中，以便导电材料均匀分布于布料的各个区域，粘结剂是将分散的溶液中的游离分子粘结起来，起骨架作用，使整体的纳米导电溶液能够具有合适的流动性形成层状，而不是太过于分散无法成形；而转印胶质层中，树脂选用弹性的，是为了保证产品具有一定的拉伸性能，以免拉伸影响导电性，固化剂则是常规配用的，是为了固化，而填充剂则是为了增强转印胶质的机械强度，使布料贴合导电材料后仍具有优异的机械强度，具有与普通的布料相同的使用性能。
[0015]第三，本发明具有多层结构特点，既解决了三种不同材料的粘结和柔性问题，能够满足运动过程监测的需求;又使纳米导电层完全暴露在外，减小了阻抗，使最终的产品具有较高的导电性，能有效且准确地检测到人体电信号。
[0016]另外，本发明的柔性可穿戴干电极在穿戴时，是由纳米导电层直接与人体皮肤接触，而一般纳米导电层的材料都是比较安全的，因此，本发明产品的生物安全性相对较高。
[0017]由此可见，本发明不仅解决了现有的干式柔性穿戴电极普遍存在的问题，而且还改善了环境耐受性、导电性等指标。因此，相较而言，本发明具有更突出的优势，应用前景更广。
[0018]上述柔性可穿戴干电极还可以作以下改进:
[0019]优选地，所述导电纳米材料为铜纳米片、铜纳米线、银纳米线、银纳米片、银纳米颗粒、金纳米线、金纳米片、铀纳米线、钯纳米线、钯纳米片、祕纳米线、祕纳米片、镍纳米线、镍纳米片、钴纳米线、钴纳米片、金银合金纳米线、金银合金纳米管、铀银合金纳米管、铀钯合金纳米线、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、氧化铟锡纳米线等中的一种或几种混合。实际上，本发明可采用所有种类的导电基础材料，例如传统的金属导电材料，或者新型的高分子导电材料等。其中，优选采用以上导电纳米材料，这些导电材料与其它添加剂的相容性高，且宏观形态为粉状，易于混合溶解。
[0020]优选地，所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、十六烷基三甲基溴化铵、月桂酸钠、肉桂酸钠、油酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、甲基乙酸丁酸纤维素、羧甲基纤维素、阿拉伯胶、柠檬酸钠、苯乙烯-马来酸酐共聚物、水性聚氨酯、水性环氧树脂中的一种或者几种混合。这些分散剂能够更好地促使导电纳米材料在溶剂中充分悬浮、分散，并保持良好的稳定状态。
[0021]优选地，所述粘接剂为异氰酸酯、聚酰胺、改性脂肪胺、芳香族多胺、马来酸酐、尿素中的一种或几种混合。这些粘结剂能保证形成纳米导电层的纳米导电液以层的方式而非浸渍渗入的方式牢固规定在基础布料上，从而保证材料有足够的导电性以及柔韧性。
[0022]优选地，所述弹性树脂为丙烯酸树脂、聚氨酯、改性硅胶树脂、改性环氧树中的一种或几种混合。这些树脂能够保证形成的电极有足够的弹性，又能使电极拉伸后快速恢复并保证原有的导电特性。
[0023]优选地，所述固化剂为铂金水、氨基树脂、异氰酸酯、聚酰胺、改性脂肪胺、芳香族多胺、马来酸酐、尿素、酚醛树脂、双氰胺中的一种或几种混合。这些固化剂的固化条件更加温和，相对容易实现。
[0024]优选地，所述填充剂为二氧化硅粉、气相二氧化硅粉、二氧化钛、活性炭、碳酸钙、炭黑、α-纤维素、云母、氧化锌、硅酸钙中的一种或几种混合。使用这些填充剂后转印胶质的机械强度更高。
[0025]上文所述的柔性可穿戴干电极的制备方法，包括下列步骤:
[0026]按照所述纳米导电层的配方，取所有原料混合溶解，得到导电涂布液；
[0027]按照所述转印胶质层的配方，取所有原料并加入溶剂混合溶解，得到转印胶质；
[0028]将所述导电涂布液涂布在柔性离型膜上，得到可供转印的柔性导电载体；
[0029]将所述转印胶质涂布于所述柔性导电载体的导电面一侧，得到导电-胶质复合载体；
[0030]以所述柔性离型膜暴露在外的方式，将所述导电-胶质复合载体压合在所述基础布料上，再加热固化，最后撕除所述柔性离型膜。
[0031]上述制备方法是先分别独立地制备导电涂布液和