面向穿戴式心电监测的织物电极研究

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近年来可穿戴电子技术在国内外掀起一股热浪,越来越多的研究者参与研究,随着纺织科学的不断发展,具有优良导电性和穿戴舒适性的电子织物与可穿戴柔性技术中的电极产品的组合正在逐渐被应用,慢慢进入大众的视野。在心电监测的过程中,织物电极负责将人体内由化学活动产生的离子电位转化成可以被外界设备读取的电信号,从而达到生理信号数据的测量和采集的效果。但是织物电极与皮肤接触时存在一个不可避免的问题,就是其在与人体皮肤接触时,与皮肤界面贴合不紧密,造成接触界面的间隙大的问题,这会引起织物电极和人体皮肤接触界面的电学性能下降,进而恶化采集到的生理信号,近年来该问题在柔性可穿戴领域掀起一股研究热浪。为此,本文从材料以及制备工艺等方面来优化织物电极的性能,以达到减小电极-皮肤接触阻抗的效果,对于未来家庭健康监护、卫生医疗等具有一定的理论及实际意义。
  本文以灯芯绒织物为基础材料,采用化学镀银方法,探究粗化、敏化、活化以及化学镀工序各参数对灯芯绒织物表面性能的影响;后经电镀氯化改性处理,探究电镀电压、时间以及氯化钠浓度对灯芯绒织物表面电学性能的影响;再经手工制作成型法将其组装成织物电极,采用BIOPAC心电信号记录仪测量对比静态时灯芯绒织物电极在不同试剂掺杂状态下与一次性凝胶电极测得的心电信号质量的好坏。
  研究结果表明:
  (1)化学镀银工艺中,在粗化工序中选择氢氧化钠的浓度为80g/L,敏化工序中选择过硫酸铵的浓度为0.3mol/L,活化工序中选择硝酸银的浓度为1g/L,化学镀工序中选择硝酸银的质量为3g,灯芯绒织物表面的镀银效果最佳。
  (2)氯化工艺中,采用电镀电压1.5v、时间60s、氯化钠质量分数0.9%的工艺参数,灯芯绒镀银导电织物的表面氯化效果最好。
  (3)电极位置在左肋、右肋和胸骨时,灯芯绒织物电极仅在添加导电膏的状况下心电信号的静态测量效果与一次性凝胶电极相当;电极位置在左胸腔、右胸腔和右肋时,不论灯芯绒织物是否加入介质,其心电信号的测量效果均与一次性凝胶电极相当。
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