一种用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构的制备方法与流程

本发明属于医疗装置和脉搏监测技术领域，具体涉及到一种用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构的制备方法。

背景技术：

中医诊脉，通常依靠医生指端的触觉、压觉、振动来探测脉象局部及整体信息，基于石墨烯的柔性脉象检测的研究，正是模拟中医手指的触觉神经，在手腕的寸、关、尺等部位进行测量。目前市场上的用来检测脉象的仪器，大多数都是基于陶瓷电容和陶瓷电阻的传感器，这类传感器是非柔性的，不易随身佩戴检测，易损坏而且成本比较高。

专利申请号为201610856172.8、201510044787.6的脉搏检测探头都是基于二维石墨烯柔性薄膜的多层结构，二维石墨烯制备过程复杂，转移过程中容易破坏二维石墨烯的结构，基于二维石墨烯的脉象检测探头是将二维石墨烯直接贴附在检测设备的表面，很容易造成二维石墨烯的损坏。基于上述原因，采用三维石墨烯制备柔性脉象检测探头，用来检测脉搏或者心率。

技术实现要素：

本发明的目的是研究一种柔性脉象检测探头，以二甲基硅氧烷作为弹性基底，研究确定pdms与固化剂的最佳比例，提供一种三维石墨烯复合结构的制备方法。

本发明通过以下技术解决方案实现：

一种用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构的制备方法，包括如下步骤：

(1)通过化学气相沉积法，在泡沫镍上生长出石墨烯，得到泡沫镍石墨烯复合物；具体包括：

将泡沫镍置于管式炉内,炉内保持常压，通入氢气和氩气的混合气体,氢气流速为25sccm，氩气流速为50sccm，加热使炉内温度以50℃/min从常温升温到1000℃并维持10分钟，用鼓泡器往炉内通入无水乙醇，在泡沫镍上生长石墨烯,得到泡沫镍石墨烯复合物；

(2)将所述泡沫镍石墨烯复合物经过刻蚀，即得到三维石墨烯；具体包括：将泡沫镍石墨烯复合物在室温情况下，置于浓度为3mol/l的盐酸溶液中，时间为3天，待泡沫镍刻蚀完全后，用去离子水清洗泡沫镍石墨烯复合物，置于温度为70℃的鼓风干燥箱中干燥8小时，即得到三维石墨烯；

(3)将所述三维石墨烯与弹性聚合物进行聚合，得到用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构；具体包括：将步骤(2)制备得到的三维石墨烯通过导电银浆与铜线连接，并放置于容器中，将调好比例的弹性聚合物与固化剂混合溶液倒入前述容器中，直至混合溶液完全覆盖三维石墨烯，将容器放入鼓风干燥箱中干燥1小时，即可得到三维石墨烯复合结构。

优选地，所述步骤(3)中弹性体聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯或聚二甲基硅氧烷pdms中的一种或至少两种的混合物。

进一步优选地，所述步骤(3)中固化剂为双组分有机硅橡胶封装剂。

优选地，弹性聚合物和固化剂的质量比例为5:1、10:1或15:1。

弹性聚合物和固化剂的最优选质量比例为10:1。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

三维石墨烯复合结构可以直接用作柔性脉象检测探头，具有较高的灵敏度和较好的频率响应，弯曲应力对它影响不大，所以可以把三维石墨烯的柔性脉象检测探头应用于检测人的脉搏或者心跳，同时，本发明的三维石墨烯复合结构的制备方法具有耐用、制备简单、方便携带等优点。本发明中聚合物与固化剂的比例通过研究对比发现，优选比例为10:1时，三维石墨烯的柔性脉象检测探头具有高灵敏度和高稳定性。

附图说明

图1是三维石墨烯的扫描电子显微图；

图2是三个实施例制得的三维石墨烯复合结构在拉伸应力下的相对电阻变化曲线；

图3是实施例2制得的三维石墨烯复合结构在循环拉伸下的电阻变化曲线；

图4是实施例2制得的三维石墨烯复合结构在弯曲应力下的相对电阻变化曲线；

图5是实施例2制得的三维石墨烯复合结构在频率振动下的电阻变化曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1

将泡沫镍置于管式炉内，炉内保持常压，通入氢气和氩气的混合气体，氢气流速为25sccm，氩气流速为50sccm，加热使炉内温度以50℃/min从常温升温到1000℃并维持10分钟，用鼓泡器往炉内通入无水乙醇，在泡沫镍上生长石墨烯，得到泡沫镍石墨烯复合物。

泡沫镍石墨烯复合物在室温情况下，置于浓度为3mol/l的盐酸溶液中，时间为3天。等待刻蚀完全后，用去离子水清洗泡沫镍石墨烯复合物，置于温度为70℃的鼓风干燥箱中干燥8小时，即得到三维石墨烯。

将所制备的三维石墨烯通过导电银浆与铜线连接，将比例为5:1的pdms与固化剂混合溶液倒入三维石墨烯与铜线中，直至完全覆盖，放入温度为60℃的鼓风干燥箱中干燥1小时，即可得到用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构的制备方法。

实施例2

将泡沫镍置于管式炉内，炉内保持常压，通入氢气和氩气的混合气体，氢气流速为25sccm，氩气流速为50sccm，加热使炉内温度以50℃/min从常温升温到1000℃并维持10分钟，用鼓泡器往炉内通入无水乙醇，在泡沫镍上生长石墨烯，得到泡沫镍石墨烯复合物。

泡沫镍石墨烯复合物在室温情况下，置于浓度为3mol/l的盐酸溶液中，时间为3天。等待刻蚀完全后，用去离子水清洗泡沫镍石墨烯复合物，置于温度为70℃的鼓风干燥箱中干燥8小时，即得到三维石墨烯。

将所制备的三维石墨烯通过导电银浆与铜线连接，将比例为10:1的pdms与固化剂混合溶液倒入三维石墨烯与铜线中，直至完全覆盖，放入温度为60℃的鼓风干燥箱中干燥1小时，即可得到用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构的制备方法。

实施例3

将泡沫镍置于管式炉内，炉内保持常压，通入氢气和氩气的混合气体，氢气流速为25sccm，氩气流速为50sccm，加热使炉内温度以50℃/min从常温升温到1000℃并维持10分钟，用鼓泡器往炉内通入无水乙醇，在泡沫镍上生长石墨烯，得到泡沫镍石墨烯复合物。

泡沫镍石墨烯复合物在室温情况下，置于浓度为3mol/l的盐酸溶液中，时间为3天。等待刻蚀完全后，用去离子水清洗泡沫镍石墨烯复合物，置于温度为70℃的鼓风干燥箱中干燥8小时，即得到三维石墨烯。

将所制备的三维石墨烯通过导电银浆与铜线连接，将比例为15:1的pdms与固化剂混合溶液倒入三维石墨烯与铜线中，直至完全覆盖，放入温度为60℃的鼓风干燥箱中干燥1小时，即可得到用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构的制备方法。

性能测试：

1.对实施例制得的三维石墨烯进行扫描电子显微观察，结果如图1所示，从图中可以看出三维石墨烯结构完整、分布均匀，形成了纵横交错的三维石墨烯骨架结构。

2.对实施例1、实施例2、实施例3制得的柔性脉象检测探头即三维石墨烯复合结构在拉伸过程中进行电阻变化测试，得到图2，从图中可以看出pdms与固化剂比例分别为5:1、10:1、15:1时，他们的最大应变可以分别达到11.4％、18.75％、20％，他们的应变系数分别为10.57、15.067、14.25。具备更高pdms与固化剂比例的三维石墨烯柔性脉象检测探头会有更高的灵活性，相反的是，具备更低pdms与固化剂比例的三维石墨烯柔性脉象检测探头的导电性能更强。综合比较可以得到，pdms与固化剂比例为10:1时，灵敏度较高，优选比例为10:1。

3.对实施例2制得的柔性脉象检测探头即三维石墨烯复合结构进行拉伸过程稳定性测试，得到图3，从图中可以看出，经过多次循环拉伸后，探头的电阻变化趋于稳定，因此，在循环拉伸操作中，三维石墨烯复合结构的柔性脉象检测探头具有良好的重复性。

4.对实施例2制得的用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构进行弯曲应力对其影响的测试，得到图4，选取的弯曲曲率分别为23.26m^-1、68.31m^-1、112.23m^-1、136.61m^-1、209.64m^-1。从图中可以看出，随着弯曲曲率的增大，相对电阻变化率从0.26增大到1.75，可见弯曲应力对探头的电阻影响不大，所以可以应用于监测人体运动。

5.对实施例2制得的用于柔性脉象检测探头的三维石墨烯复合结构进行频率响应测试，将探头放置于0.6hz的振动仪上，测量它的电阻变化，可以得到图5，从图中可以看出探头具备很好的频率响应特性，监测人体生理特征时，具有高灵敏度和稳定性。