感觉神经定量检测仪及其压电材料的制作方法

本发明属于医疗电子器械，更具体地说，本发明涉及一种感觉神经定量检测仪，本发明还涉及这种感觉神经定量检测仪的振动刺激器中使用的压电材料。

背景技术：

定量感觉测试，也称为感觉阈值测量，是一种用来评估周围神经功能的新方法。它通过测量人体皮肤对特定刺激的感觉阈值来定量评价周围神经功能。感觉神经定量检测仪就是运用定量感觉测试原理进行诊断治疗的仪器，其主要用于包括内分泌和代谢性的神经病、慢性压迫性神经病和中毒引发的神经病等在内的多种周围神经病的辅助检查。

各种感觉功能相关的疾病当中，糖尿病是其中覆盖群体最广、危害最为严重的疾病。而值得注意的是，临床大多数糖尿病患者的神经系统损害都未能得到及时的诊断与治疗。1993年国际糖尿病大会的共识报告指出，定量感觉测试作为糖尿病的辅助诊断手段是有效的。由于糖尿病的普遍性和危害性，感觉神经定量检测仪仅在这方面将发挥的作用就是非常巨大的。

目前，在感觉神经定量检测中使用的振动刺激器通常有气动、轴和压电类型。其中，压电型振动刺激器由于具有很大的频率范围，而受到青睐。随着压电型振动刺激器的不断发展，要求所用的压电材料更加薄，更加具有柔韧性。其中，有机硅高分子材料由于具有良好的耐热性、易加工性、化学稳定性、抗水性和优良的柔韧性等优点，无疑是最好的选择材料。

但具有高柔韧性的压电聚合物材料，其拉伸强度往往无法得到有效的提升。需要开发一种兼具优良拉伸性能和柔韧性的压电聚合物材料，以提高感觉神经定量检测仪输出振动刺激的准确性。

技术实现要素：

1、本发明的目的。

本发明提供一种感觉神经定量检测仪，以提高输出振动刺激的准确性。

本发明提供一种感觉神经定量检测仪中使用的压电材料，以实现对压电材料拉伸性能及柔韧性的进一步改进。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提供了一种感觉神经定量检测仪，包括处理控制单元、数模转换单元和输出单元，所述处理器控制单元用于控制所述数模转换单元进行数模转换，以及控制输出单元输出指定频率的振动；所述数模转换单元，用于对处理控制单元传入的数据信息进行数模转化，并将转换后的信息发送回处理控制单元；所述输出单元用于输出指定频率的振动；其中，所述输出单元包括刺激器驱动电路及压电振动刺激器，刺激器驱动电路用于根据输出振动信息驱动压电振动刺激器输出振动；压电振动刺激器中压电元件的压电层采用压电聚合物材料，其特征在于：所述压电聚合物材料为FeCl3/纳米BaTiO3粒子/有机硅树脂复合材料。

作为本发明感觉神经定量检测仪的一种优选，所述的压电聚合物材料中FeCl3的含量为0.3%～1.8%（重量百分比；为简化起见，以下将“%”简写为“wt%”）；尤其是0.3wt%～1.2wt%；特别是0.9wt%～1.2wt%。

作为本发明感觉神经定量检测仪的另一种优选，所述的压电聚合物材料中纳米BaTiO3粒子的含量为45wt%。

作为本发明感觉神经定量检测仪的又一种优选，所述的压电聚合物材料中纳米BaTiO3粒子用硅烷偶联剂进行过改性。

本发明还提供了一种制备压电聚合物材料的方法，包括下列步骤：

将FeCl3粒子超声分散在甲苯中，加入一定物料比的纳米BaTiO3粒子和有机硅树脂，80℃搅拌30分钟；

将混合液球磨分散6小时；

去除混合液中溶剂后加入交联剂和铂催化剂，常温下搅拌30分钟；

将搅拌均匀的混合液真空脱泡30分钟，制得压电聚合物混合料；

将混合料浇注入模具中，置于烘箱中80℃下干燥3小时固化成型，从而制得压电复合材料。

作为本发明压电聚合物材料的制备方法的一种优选，其中所述纳米BaTiO3粒子用硅烷偶联剂进行过改性。

作为本发明压电聚合物材料的制备方法的另一种优选，其中所述有机硅树脂为乙烯基封端甲基苯基硅树脂。

作为本发明压电聚合物材料的制备方法的又一种优选，其中所述交联剂为甲基苯基含氢硅油。

3、本发明的有益效果。

通过制备一种FeCl₃/纳米BaTiO₃粒子/有机硅树脂复合材料，使感觉神经定量检测仪中使用的压电材料兼备良好的拉伸性能和柔韧性。

通过将FeCl₃添加到纳米BaTiO₃粒子和有机硅树脂中进行复合，提高了压电材料的柔韧性。

通过对FeCl₃添加量的控制，得到了具有高拉伸强度的压电材料。

通过对纳米BaTiO₃粒子用硅烷偶联剂进行过改性，进一步增强了压电材料的拉伸性能。

附图说明

图1是感觉神经定量检测仪的原理框图。

图2是压电振动刺激器的纵向剖面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，感觉神经定量检测仪包括处理控制单元1、数模转换单元2和输出单元3。输出单元3包括刺激器驱动电路4及压电振动刺激器5。处理器控制单元控制所述数模转换单元2进行数模转换；数模转换单元2对处理控制单元1传入的数据信息进行数模转化，并将转换后的信息发送回处理控制单元1；输出单元3中的刺激器驱动电路4把输出振动信息转换为加载到压电振动刺激器5上的电压波形，由压电振动刺激器5输出指定频率的振动。振动频率可通过按键控制单元6在2Hz～800Hz间调节。最终检测结果通过显示单元7显示。

图2是压电振动刺激器5的纵向剖面示意图。压电振动刺激器5包括中心电极8、布置在中心电极8的上方的压电元件9以及电极10、11，中心电极8外层覆盖有绝缘层12。在绝缘层12的上面依次布置有第一电极层10、压电层9和第二电极层11。在第二电极层上有绝缘层13。中心电极8被绝缘层12分为用于施加第一电压的第一电极部分14以及用于施加第二电压的第二电极部分15。第一电极部分14连接到第一电极层10，而第二电极部分15连接到第二电极。第一电极层10及第二电极层11可以均为金属箔片或金属薄膜，或分别为金属箔片及金属薄膜，所述金属薄膜可通过电镀或沉积等方法直接形成于压电层9的表面。压电层9根据两个电极引起的电势差膨胀或收缩。刺激器驱动电路4输出交流电压，压电层9重复膨胀和收缩从而引起振动。

上述压电层9采用的压电聚合物材料为FeCl₃/纳米BaTiO₃粒子/有机硅树脂复合材料，按下列方式制备：取三口烧瓶，将FeCl₃粒子超声分散在甲苯中，加入一定物料比的纳米BaTiO₃粒子和有机硅树脂，将烧瓶放于水浴箱中80℃机械搅拌30分钟；将混合液球磨分散6小时；用旋转蒸发仪去除混合液中溶剂后加入交联剂和铂催化剂，常温下搅拌30分钟；将搅拌均匀的混合液真空脱泡30分钟，制得压电聚合物混合料；将成型模具预热并涂抹脱模剂，将混合料浇注入模具中，置于烘箱中80℃下干燥3小时固化成型，从而制得压电复合材料。

上述实施例中交联剂使用甲基苯基含氢硅油，也可使用其他含氢硅油类交联剂。有机硅树脂选用乙烯基封端甲基苯基硅树脂，也可使用其他常用有机硅聚合物。

通过控制加入的原料配比，最终获得的复合材料中FeCl₃的含量为0.3wt%～1.8wt%，优选为0.3wt%～1.2wt%，尤其是0.9wt%～1.2wt%；纳米BaTiO₃粒子的含量为30wt%～55wt%，优选为45wt%。

为了使纳米BaTiO₃粒子在有机硅树脂中达到更好的分散效果，可以在制备混合料前对纳米BaTiO₃粒子进行改性。作为一种举例，可以使用硅烷偶联剂按照下列方法进行改性：将质量比为1：5：10硅烷偶联剂、纳米BaTiO₃和甲苯混合，40℃快速搅拌10分钟；然后，滴加稀盐酸；反应5小时后离心分离，并将粉体水洗至中性后于100℃干燥；最后，研磨成均匀粉末。经过改性后的纳米BaTiO₃粒子因表面附着的有机硅基团与有机有机硅树脂之间产生了较强的相互作用，从而具有较好的分散性，保证了所制压电层各处性能的均匀性。

实施例1：

1、制备FeCl₃/纳米BaTiO₃粒子/有机硅树脂混合料：

将FeCl₃粒子超声分散在甲苯中，加入一定量的纳米BaTiO₃粒子和乙烯基封端甲基苯基硅树脂，80℃搅拌30分钟；将混合液球磨分散6小时，去除混合液中溶剂后加入甲基苯基含氢硅油和铂催化剂，常温下搅拌30分钟；将搅拌均匀的混合液真空脱泡30分钟，配制成含50wt%BaTiO₃，并含有0.3wt%FeCl₃的有机硅树脂混合料。

2、制备FeCl₃/纳米BaTiO₃粒子/有机硅树脂材料样品：

将成型模具预热并涂抹脱模剂，将混合料浇注入模具中，置于烘箱中80℃下干燥3小时固化成型。

实施例2至10：

使用与实施例1相同的工艺制备FeCl₃/纳米BaTiO₃粒子/有机硅树脂混合料和样品。不同之处在于分别使用表1所列出的不同的FeCl₃含量和纳米BaTiO₃粒子含量，以及用硅烷偶联剂改性过的纳米BaTiO₃粒子代替实施例1中的纳米BaTiO₃粒子。

对比试验1：

使用与实施例1相同的工艺制备不含FeCl₃的纳米BaTiO₃粒子/有机硅树脂混合料和样品，区别在于制备混合料时直接向甲苯中加入纳米BaTiO₃粒子和乙烯基封端甲基苯基硅树脂。

柔韧性试验：

对样品进行DSC测试，结果表明随着FeCl₃用量的增加，材料的玻璃化转变温度逐渐降低。FeCl₃的加入，提高了复合材料的柔韧性。但是FeCl₃含量超过1.2wt%时复合材料的拉伸强度会降低。结果列于表1中。

拉伸强度试验：

采用万能拉伸机，按照ASTMD-638标准测试样条的拉伸性能：制备标准的哑铃形样品（长80.0mm×宽12.5mm×厚4.0mm），以1.0mm/min度进行拉伸试验，测量至少5个样后取平均值。

由实施例1至5可以看出使用改性后的纳米BaTiO₃粒子制备的复合材料拉伸强度较高。同时，随着改性纳米粒子用量的增加，复合材料拉伸强度逐渐增大。因为改性后的纳米粒子在复合材料中分散均匀，材料内部致密性较好、缺陷较少，从而拉伸强度较高。结果列于表1中。

通过表1可以看出，当FeCl₃添加量为0.3wt%～1.2wt%时复合材料已经有较好的拉伸性能；当FeCl₃添加量在0.9wt%~1.2wt%，BaTiO₃含量为45wt%时，复合材料具有较高拉伸强度的同时具有较低的玻璃化转变温度，兼备良好的拉伸性能和柔韧性。

表1 添加成分含量及测试结果