一种具有内凹蜂窝负泊松比结构连接的柔性电极及应用

1.本发明属于柔性电子技术领域，具体涉及一种具有内凹蜂窝负泊松比结构连接的柔性电极及应用。


背景技术：

2.柔性电极是一种具有独特柔韧性和延展性，而且易于批量化、低成本制造的柔性电子器件，被广泛应用于心电图(ecg)、肌电(emg)、脑电图(eeg)等电生理信号的检测，在人体健康监测和医学诊断具有重要意义。
3.现有柔性电极结构大多数采用不带有特殊结构的柔性基底层和具有导桥结构的导电层提高了电极的柔韧性和延展性。但是，该柔性电极没有考虑导电层在柔性基底层高强度拉伸和弯曲变形下是否依然维持性能，特别是对导电性能的要求。然而，目前柔性电极中的导电层常常无法满足这些要求。这主要是因为金属涂层在反复拉伸和弯曲载荷作用下容易脱落或者产生微裂纹，从而影响柔性电极的导电性。因此，如何提高导电层在柔性衬底上的稳定性是亟待解决的重大问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种具有内凹蜂窝负泊松比结构连接的柔性电极及应用，以解决实际使用中柔性电极在高强度拉伸和弯曲状态下失效，特别是导电层在反复拉伸和弯曲载荷作用下脱落或产生微裂纹，从而严重影响导电性能的问题。
5.本发明采取的技术方案是：包括柔性基底层和导电层，导电层印刷在柔性基底层上表面，导电层由一个5
×
5的方形阵列单元组成，该方形阵列单元中间通过4
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4的负泊松比结构二连接，并且四周通过负泊松比结构三连接，柔性基底层下表面光刻有负泊松比结构一。
6.本发明所述的柔性基底层下表面光刻的负泊松比结构一采用两弧边内凹蜂窝结构一，该两弧边内凹蜂窝结构一之间通过连接筋连接。
7.本发明所述柔性基底层的厚度为3.5～4.5um，采用聚二甲基硅氧烷pdms。
8.本发明所述的导电层的中间的负泊松比结构二采用四弧边内凹蜂窝结构。
9.本发明所述的导电层的四周连接负泊松比结构三采用两弧边内凹蜂窝结构二。
10.本发明所述导电层的制备采用丝网印刷，导电层2的厚度为150～250nm。
11.本发明所述导电层的5
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5的方形阵列单元中每个方形的边长为1.2～1.8mm，并且每两个方形之间的距离也是1.2～1.8mm。
12.本发明所述负泊松比结构二和负泊松比结构三的所有弧形连接处的宽度为0.15～0.20mm。
13.本发明负泊松比结构一的所有弧形连接处的宽度为0.15～0.20mm。
14.本发明一种具有内凹蜂窝负泊松比结构连接的柔性电极在电生理信号检测中的应用。
15.本发明的优点是结构新颖，采用具有负泊松比特性的结构，通过柔性基底层和导电层具备可极大承受拉、压、弯曲、扭曲等各种形变、寿命长、导电性能好的特点，解决了实际使用中柔性电极在高强度拉伸和弯曲状态下失效，特别是导电层在反复拉伸和弯曲载荷作用下脱落或产生微裂纹，从而严重影响导电性能的问题，本发明性能稳定、使用寿命长，可用于心电图(ecg)、肌电(emg)、脑电图(eeg)等电生理信号的检测，对健康监测和医学诊断具有重要意义。
附图说明
16.图1是本发明的结构示意图；
17.图2是本发明的后视图；
18.图3是本发明负泊松比结构二的结构示意图；
19.图4是本发明负泊松比结构三的结构示意图；
20.图5是本发明与现有岛桥结构柔性电极拉伸应力对比曲线；
21.图6是本发明与现有岛桥结构柔性电极弯曲应力对比曲线；
22.图7是本发明与现有岛桥结构柔性电极疲劳循环次数对比曲线。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明进行详细的说明。然而应当理解，附图的提供仅为了本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
24.如图1、2所示，包括柔性基底层1和导电层2，导电层2印刷在柔性基底层上表面102，导电层2由一个5
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5的方形阵列单元201组成，该方形阵列单元201中间通过4
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4的负泊松比结构二202连接，并且四周通过负泊松比结构三203连接，柔性基底层下表面101光刻有负泊松比结构一10101。
25.如图2所示，所述的柔性基底层下表面101光刻的负泊松比结构一10101采用两弧边内凹蜂窝结构一，该结构具有负泊松比特性，该特性提高了柔性基底层的抗拉伸和抗弯曲性能，以满足柔性电极适用于高强度拉伸和弯曲情况，该两弧边内凹蜂窝结构一之间通过连接筋10102连接。
26.所述柔性基底层1的厚度为3.5～4.5um，为了保证柔性电极的柔韧性和拉伸性，采用化学性能稳定和柔性可拉伸的聚二甲基硅氧烷(pdms)，具有优异的生物相容性。
27.如图3所示，所述的导电层2的中间的负泊松比结构二202采用四弧边内凹蜂窝结构；
28.如图4所示，所述的导电层2的四周连接负泊松比结构三203采用两弧边内凹蜂窝结构二；
29.负泊松比结构二和负泊松比结构三具有负泊松比特性，该特性压痕阻力大、抗拉性能好，并且具有抗弯曲和抗裂纹扩展作用，避免了导电层在反复拉伸和弯曲载荷作用下脱落或产生微裂纹，从而提高了电极导电性能。
30.所述导电层2的制备采用丝网印刷，导电层2的厚度为150～250nm，采用了韧性、延展性以及导电性好的金(au)，与传统的光刻技术相比，具有可操作性性强，工艺简单，效率高的优势。
31.所述导电层2的5
×
5的方形阵列单元201中每个方形的边长为1.2～1.8mm，并且每两个方形之间的距离也是1.2～1.8mm。
32.所述负泊松比结构二202和负泊松比结构三203的所有弧形连接处的宽度为0.15～0.20mm。
33.所述负泊松比结构一10101的所有弧形连接处的宽度为0.15～0.20mm。
34.一种具有内凹蜂窝负泊松比结构连接的柔性电极在电生理信号检测中的应用。该电极可用于心电图(ecg)、肌电(emg)、脑电图(eeg)等电生理信号检测，对健康监测和医学诊断具有重要意义。
35.为了进一步验证本发明的优势所在，对本发明的力学性能进行了仿真分析，分析结果如图5～7所示，当载荷为20n时，与现有的岛桥结构相比，本发明的最大拉伸应力和弯曲应力分别降低了30％和28％，疲劳寿命提高了18倍。
36.此外，需要说明的是，通过对柔性基底层和导电层的设计实现了本发明具备可极大承受拉、压、弯曲、扭曲等各种形变、寿命长、导电性能好的特点。解决了实际使用中柔性电极在高强度拉伸和弯曲状态下失效，特别是导电层在反复拉伸和弯曲载荷作用下脱落或产生微裂纹，从而严重影响导电性能的问题。本发明可用于心电图(ecg)、肌电(emg)、脑电图(eeg)等电生理信号的检测，对健康监测和医学诊断具有重要意义。
37.以上对本发明的具体实施例进行了描述，需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。