[发明专利]一种超薄可拉伸薄膜电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种超薄可拉伸薄膜电极的制备方法，将二甲基硅氧烷与交联剂混合后，滴于水相液面，加热预固化后得到聚二甲基硅氧烷薄膜，转移到环形衬底上得到电极基底；将电极基底吸附在硅片上，并在电极基底上的聚二甲基硅氧烷薄膜上蒸镀金属导电层，得到电极。本发明通过液体表面铺展法制备聚二甲基硅氧烷薄膜，预固化后，在其表面蒸镀金属制备导电层，同时聚二甲基硅氧烷薄膜完全固化，部分金属渗入到薄膜中，显著增加了导电层与基底的作用力，使得所制备的薄膜电极具有优异的稳定性。本发明提供的电极，其厚度可小于10μm，与皮肤具有较好地贴附，能够实现对人体生理电信号的高性能监测。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种超薄可拉伸薄膜电极的制备方法。

背景技术

人体在生理活动中会产生丰富的电信号，如心电、脑电和肌电等，其包含反映人体健康状况的重要信息。监测这些电信号在相关疾病的监测及诊断、人工假肢、人机交互等领域具有重要的应用。市场上用于人体生理电信号监测的电极主要是凝胶电极，然而在长期使用过程中，它容易出现失水、导致使用者过敏等问题，影响其正常使用。因此，柔性可拉伸干电极由于不需额外涂抹导电凝胶即可直接使用，受到人们的关注。相比凝胶电极，由于干电极与皮肤具有较差的贴附性，导致其与皮肤的接触电阻较大，严重降低电信号的准确度。而通过降低电极的厚度降低其弯曲刚度是提高电信号准确度的一种手段，当电极的厚度小于10μm的时候，可有效提升电极与皮肤的贴附性，显著提升所采集信号的质量。因此，制备与皮肤具有较好贴附性的超薄柔性可拉伸电极成为研究热点。

现行超薄电极的制备方法通常是在固体基底上制备牺牲层，利用牺牲层通过刮涂、旋涂、喷涂等方式制备出超薄薄膜，在超薄薄膜上制备出导电层后得到超薄电极。由于超薄电极与固体基底之间存在较大的吸附力，通常需要通过转移的方式将其贴附在皮肤上，操作难度较大。此外，导电层通常是通过磁控溅射、热蒸镀等方法制备金属层或采用导电纳米颗粒分散液形成图案进行制备，其与超薄薄膜之间较小的作用力使得电极在使用过程中容易出现导电层剥离，影响器件的使用寿命。如申请号为201910177997.0的中国专利，一种超薄柔性阵列式表面肌电电极的制备方法，公开了一种超薄柔性阵列式表面肌电电极的制备方法。在固体基底上采用均胶机形成牺牲层后，在其上同样采用均胶机形成柔性基底，溅射两层金属层后制备出柔性电极。所制备的电极厚度在50～500μm，与皮肤贴附性较差。为了提升电极的稳定性，需要蒸镀两种金属以提升导电层与基底的作用力，制备过程繁琐，电极机动性较差。申请号为201820346884.X的中国专利，一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极，公开了一种基于网状结构设计的类皮肤多通道表面肌电极。同上述专利相似，同样在玻璃上依次制备出牺牲层、薄膜、两层金属层，从玻璃上释放之后得到柔性电极。所制备的电极厚度为几个微米，可以与皮肤具有优异的贴附性，但其制备过程繁琐，电极机动性较差。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种超薄可拉伸薄膜电极的制备方法，采用液体表面铺展的方法制备预固化的超薄聚二甲基硅氧烷薄膜，在其上蒸镀一层金属作为导电层制备得到电极。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明提供一种超薄可拉伸薄膜电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)液体表面铺展法制备超薄可拉伸基底：

将二甲基硅氧烷与交联剂混合后，滴于水相液面，得到铺展的薄膜，加热预固化后得到聚二甲基硅氧烷薄膜；将聚二甲基硅氧烷薄膜转移到环形衬底上得到电极基底；

(2)热蒸镀法制备超薄可拉伸薄膜电极：

将步骤(1)得到的电极基底吸附在硅片上，并在电极基底上的聚二甲基硅氧烷薄膜上蒸镀金属导电层，得到所述电极。

作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为3μm～30μm，例如3μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm或它们之间的任意厚度。