可拉伸表面電極的自相似結(jié)構(gòu)設(shè)計與人機交互應(yīng)用.pdf

1、可拉伸表面電生理電極是一種典型表皮電子器件，廣泛應(yīng)用在人體健康監(jiān)測與人機交互領(lǐng)域。關(guān)鍵在于可拉伸結(jié)構(gòu)設(shè)計、共形機理研究。本學(xué)位論文研究電極機械-電學(xué)性能耦合優(yōu)化設(shè)計與轉(zhuǎn)印工藝，得到具有大變形能力的表面電極，記錄電生理信息和實現(xiàn)人機交互應(yīng)用，主要創(chuàng)新之處如下：
　　建立了二階自相似馬鞍形微結(jié)構(gòu)的拉伸變形能力的標(biāo)度律模型，通過理論分析、有限元計算和實驗相結(jié)合的方法，研究了高跨比、二階結(jié)構(gòu)與一階結(jié)構(gòu)跨距比、厚度、線寬和屈服應(yīng)變對微結(jié)構(gòu)拉

2、伸能力的影響，成功預(yù)測了微結(jié)構(gòu)單元的拉伸變形能力。
　　基于能量變分原理建立了電極/皮膚系統(tǒng)的二維界面力學(xué)模型，構(gòu)建了電極/皮膚表面保持共形接觸的判定準(zhǔn)則，分析皮膚屬性、電極材料與幾何屬性、功能覆蓋率和外加應(yīng)變對界面力學(xué)行為的影響，揭示了外加應(yīng)變下電極從皮膚表面的分離機理。從厚度、功能覆蓋率和外加應(yīng)變等方面分別驗證了電極與皮膚表面的共形接觸性能。
　　研究了電極幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對共形接觸能力、拉伸變形能力、功能覆蓋率和輸出信號增

3、益的影響，建立了電極共形接觸和拉伸變形約束下的電極機械-電性能耦合優(yōu)化模型，得到表面電生理電極的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計區(qū)間，提高了表面電極的輸出電學(xué)性能，提供可拉伸表面電生理電極的評價指標(biāo)。
　　提出了基于聚乙烯醇(PVA)水溶膠犧牲層的電極到皮膚表面的轉(zhuǎn)印工藝，與直接用PDMS轉(zhuǎn)印相比，改良后的工藝臨界剝離能下降了60％，提高了電極從玻璃基板上的可剝離性，擴大了電極從玻璃基板轉(zhuǎn)印到皮膚表面的工藝參數(shù)窗口，實現(xiàn)電極直接轉(zhuǎn)印到皮膚表面。<