CN108018021B - 可与生物接触的传感材料、用于感测生理参数的可与生物接触的单元及其制造方法 - Google Patents
可与生物接触的传感材料、用于感测生理参数的可与生物接触的单元及其制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于感测生理参数的可与生物接触的单元，其包含纳米碳层以及保护层；所述纳米碳层响应所述生理参数而传输生理信号；所述保护层保护所述纳米碳层。
Description
技术领域
本发明是关于一种用于可与生物接触的单元的传感材料、制造可与 生物接触的单元的方法、以及用于感测生理参数的可与生物接触的单元， 尤其是使用非金属的导电材料，其可用于可与生物接触的单元的传感材 料。
背景技术
近几年来，穿戴式设备已成为科技界最热门的商品之一，2016年智 能可穿戴技术更是众所瞩目的焦点，商品的推出除了过去人们比较熟悉 的Apple智能手表、Google智能眼镜、LG智能手环、Samsung智能手 环外，更多元型态如项链、耳环、饰品、衣物等，各式各样的穿戴式设 备如雨后春笋般地被推展出来，应用的领域也更多元化，如信息娱乐、 运动健身、医疗照护等，再辅以链接App程序的应用，不仅提供使用者 更多的应用服务，也创造了穿戴式设备市场的新兴商机。但是，目前的 穿戴式设备普遍有共通的问题，那就是对于侦测部位有所限制，仅能获 得有限的人体信息，及其接触皮肤不够紧密而造成信号不稳定等现象。
穿戴式智能服饰的原型是在1997年，乔治亚理工学院Sundaresan Jayaraman教授和Sung-Mee Park博士，在美国海军资助下，开发出用 于监测战场上士兵健康状况的“Georgia Tech Wearable Motherboard”， 其中人体的接收及传递是以金属纤维材料，并拥有第一件的专利权。
穿戴服饰在产业的发展方面，Adidas公司推出的Men's Training Shirt拥有生理侦测，包括心跳、训练强度、卡路里消耗。Speed Cell运 动侦测，穿夹在运动鞋上，记录速度、距离等数据，再以蓝芽上载到app 来监测这些数据。
X Cell运动侦测与生理侦测(搭配心跳带)，在运动及训练时追踪垂 直高度、敏捷度、心率指数。再通过无线功能上载到app来监测这些数 据。Athos公司所推出的智能服饰，主要的功能为肌电图、目标心律、 平均心律、Breathing、卡路里消耗等，上衣加上裤子拥有26个传感器 可一并监控传感器所感测到的数据。
加拿大OMSignal公司，员工有神经科学家、运动医疗专家、工程 师等。正在开发的T恤衫传感器可以计算使用者的走路步伐、呼吸、心 跳，在出现异常值时对用户发出警告信号。SMART BOX充电一次可用 30小时，能抗汗防雨，但并非完全防水。
另外，国内智能衣的研究单位有财团法人纺织产业综合研究所、逢 甲大学及南纬实业股份有限公司。国内纺织综合研究所与万九科技合作 开发智能衣，开发及生产无线心跳及共种运动监视产品的公司，其万玖 科技的母公司为英国的医疗器材公司，共投入五千万与纺综所取得相关 授权、技术转移，并建立专业生产设备。纺综所主要技术以银纤维制作 「织物电极」，强调透气、吸湿且柔软耐扭曲，通过AATCC135 100次耐 水洗试验。将织物电极、导电材料、连接器等组件整合于导电织带，只 要购入导电织带，以车缝方式加工于运动服饰，即可进行心率侦测。
实际应用上的需求，智能衣的研发将可改善穿戴式设备目前的缺点。 2014年由运动品牌Goldwain负责设计生产，再由东丽、日本电信电话 NTT、DOCOMO三家公司共同开发的机能性素材「Hitoe」运动T恤， 将感测芯片与衣服布料作结合，并可利用手机显示及记录身体的状态， 可测心跳、脉搏、心电图的运动智能衣。在这些穿戴服饰中以2014年 南纬公司获得德国IF产品设计奖最受瞩目，市售穿戴式人体健康设备尤 其以运动及病人照护的心率侦测为大宗，爱克智慧科技(AiQ Smart Clothing)打破传统的表带及胸带思维，让消费者真正把健康设备穿上身， 形同“长得像衣服的电子产品”，智能服饰技术横跨纺织、材料、电子 及医学等领域。当中的金属纤维技术为所述公司的核心技术，如图1所 示。
请参阅图1，其为习知智能衣内层的导电材料之示意图。在中国台 湾地区发明专利证书号I336738的文献中，织物10包含织物结构12， 所述织物结构12包含第一层织物102、第二层织物104、绝缘层108、 与所述第一至第二层织物互相交织的导电纱线120。导电纱线120包含 侦测区120a与传导区120b，侦测区120a的波峰120c凸出于第一织物102的一面以作为接触肌肤感侧生理参数之用途，侦测区120a的波谷 120d交织于第一层织物102内。导电纱线120由多条导电纤维123所构 成，每一导电纤维123包含金属镀层123a与纤维层123b。由于导电纤 维123镀上金属后使导电纱线120的弹性与拉伸性较差，为了要增加金属材料的弹性以避免穿戴的不舒适性，导电纱线120会形成弯折的形状 或形成皱折的形状来增加其弹性与拉伸性，且导电纱线120也必须与这 些层织物102、104互相交织来增加其弹性，这导致复杂的工艺而使良 率下降，例如须先将金属材质的导电纱线120抽丝再精确地弯折成想要 的凸状，然后再与弹性绝缘纱线122、124交织在一起，这样的工艺相 当耗时费功。
目前，国内外知名运动服饰公司陆陆续续投入有关智能衣产品的销 售，但其信号接收及传递的媒介皆以金属导电纱线为主，其所使用的金 属材料本质上不具弹性，若要增加弹性则工艺繁琐复杂。因此期望有一 种穿戴用传感材料来达到具有弹性与传感之功效，同时工艺简单并能增 加穿戴时的舒适性。
发明内容
本技术主要是以制作出低成本、易加工、耐水洗及高导电性的导电 浆料并进一步制作成薄膜材料，将此薄膜用在智能服饰上，突破一般市 面上以金属纤维的智能衣不耐水洗及价格昂贵等问题，并可以结合心电 图产生的稳定良好的信号可以感测消费者的心跳及心律等人体信息，达 到运动及医疗上的普及使用。本发明所使用的碳材料主要是取代金属材 料以达到对人体无害，并可作为传感单元的材料，而同时可增加弹性与 穿戴时的舒适性。
高分子以共价键结合相互连接成分子链段，但其所形成的化学键电 子不能移动，分子间无活泼性，通常为电中性。一般来说高分子本身为 绝缘体，但可以经由分子结构改变或是掺入导电填充粒子使其具有导电 效果，称为导电高分子。导电高分子依其导电机制不同可以分为本质型 导电高分子及复合型导电高分子。
本质型导电高分子(Intrinsically Conducting Polymer；ICP)是交替的 单双的共轭键结合而成，利用相邻未配对的电子云，越过能隙达到导电 的目的。但会因本身正负电性的吸引而凝聚成较大的颗粒，导致在加工 应用上极为困难。
另外，复合型导电高分子(Extrinsic Conductive Polymer；ECP)以高 分子为基材，掺入导电填充粒子，经物理法复合，达到导电目的，其导 电粒子必须有良好的导电性、不容易产生迁移并且对环境影响小等条件， 才能使导电度提高，常见的导电粒子有以下分类：(1)金属粉体或片状 体：金、银、铜、铁、铝，(2)非金属具有导电粒子：碳黑(carbonblack)、 纳米碳管(CNTs)，(3)表面电镀金属之高分子粒子，以及(4)特殊碳纤 维。当导电粒子达到阈值时，性质与原本的物质有所改变，导电度急剧 上升，高分子会从绝缘体转为导体，此现象被称为导电渗流现象，而导 电粒子混掺的体积阈值即称为渗流阈值(percolation thresholds)。
石墨烯(Graphene)为单分子层之石墨(graphite)而来，是一种由碳原 子以sp2杂化轨道所组成之六角型呈蜂窝晶格的平面薄膜，其只有一个 碳原子厚度的二维纳米材料。目前，石墨烯是世界上最薄(仅一个碳原 子厚度)同时也是最坚硬的纳米材料，且其几乎是完全透明的。其中， 石墨烯具有三种的同素异形体，例如零维的富勒稀(Fullerence)、一维的 纳米碳管(Carbon nanotubes)及二维的石墨烯(Graphene)。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈 蜂窝晶格(honeycomb crystal lattice)的平面薄膜，只有一个碳原子厚度 的二维材料。实验中可从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在。 石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨)+-ene(烯类结尾)。石墨烯被 认为是平面多环芳香烃原子晶体。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键 (carbon-carbon bond)仅为
石墨烯内部的碳原子之间的连接很 柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必 重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨 烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因 晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常 温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透 明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和 金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶 体(monocrystalline silicon)高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更 低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子的移动 速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子 组件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用 来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯的主要制备方式为：化学气相沉积法(chemical vapor deposition；CVD)、机械剥离法(mechanical exfoliation)、有机分子分散 法、离子插层法、溶剂热法和氧化还原法(reduced grapheme oxide)等。 化学气相沉积法是以能量激化气体反应先驱物发生化学反应，在基底表 面形成石墨烯薄膜的一种薄膜成长方式。Kim等通过CH4分解、还原CO等反应生成二维石墨烯薄膜，然而现阶段工艺不成熟及高的成本限 制了其规模应用；机械剥离法是采用离子束对物质表面刻蚀，并通过机 械力对物质表面进行剥离制备石墨烯。用机械剥离法可从高定向热解石 墨上剥离得到单层石墨烯。但由于工艺复杂，制备石墨烯产率低，不能 够满足工业化需求，在一定程度上限制了规模化生产；有机分子分散法 将石墨在有机溶剂中超声分散得到石墨烯的一种方式。将石墨分散到有 机溶剂中通过超声分散可成功制备出石墨烯，这种方法得到石墨烯缺陷 少，但浓度不高；离子插层法，是首先制备石墨层间化合物，然后在有 机溶剂中分散制备石墨烯。Penicoud等制备了碱金属石墨层间化合物， 在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中分散得到石墨烯分散液，这种方式制备石墨 烯分散度较低；溶剂热法是将反应物加入溶剂，利用溶剂在高于临界温 度和临界压力下，能够溶解绝大多数物质的性质，可以使常规条件下不 能发生的反应在高压炉中能够以较低温度进行，或加速进行。采用乙醇 和金属钠为反应物，制备了产量达到克量级的石墨烯。由于这种方法发 展时间短，现阶段许多理论和技术问题仍不能突破，有待进一步探索。
氧化还原法，是先制成氧化石墨烯再用还原剂还原制备石墨烯；其 成本低、产率高，是未来大量生产石墨烯的最佳途径之一。常用的还原 剂有联胺、硼氢化钠和对苯二胺等。联胺具有还原性强、价格低廉等优 点，目前在还原过程中被广泛采用。Stankovich等研究了氧化石墨烯的 改性和还原：先将氧化石墨超声分散于水中，用联胺还原，得到石墨烯由于表面含氧官能基减少，表面电位降低，导致石墨烯在溶剂中分散性 差，并发生不可逆的团聚现象。为避免团聚在还原过程中使用聚合物对 氧化石墨烯表面进行包裹，使用聚苯乙烯磺酸钠包裹的石墨烯形成胶体 分散液。然而聚合物分散剂的加入，影响石墨烯的物理性质，限制了在 多方面的应用。Li等在此的研究基础上，利用纯联胺还原氧化石墨烯的 方法在无任何化学稳定剂，通过加入氨水改变pH值控制片层间的静电 斥力，制备了在水相条件下稳定的石墨烯分散液。
用硝酸和氯化钾可获得氧化石墨(graphite oxide)。利用硝酸钠，过 锰酸钾和浓硫酸的混合液，亦发现可以更有效率地得到氧化石墨。进一 步改良的方法可大量地剥离出单原子层的氧化石墨烯。由于氧化石墨的 基面已经键结了大量的氧化官能基团，因此在水溶液中，因氧化基团亲 水作用而使得最上层的石墨烯克服石墨层间的凡德瓦力而剥离。而石墨 块上裸露出来新的石墨基面也同样具有亲水表面，因此延续这样的机制， 石墨烯氧化物就能由氧化石墨块上如同剥离洋葱的方式而脱层下来。然 而，依据这种典型的合成方式，所获得的氧化石墨烯尺寸并不大。因此 限制了实际的应用。
在制备氧化石墨块的步骤，辅以超音波震荡来酸化，可以帮助后续 的剥离步骤，进而获得大面积的氧化石墨烯。此外，通过调控震荡的时 间，可以获得不同尺寸的石墨烯薄片。此方法所得到最大尺寸的石墨烯 薄片可达～3mm，为目前文献上最大的尺寸。以此所合成的石墨烯氧化 物溶液，而除了可以分散溶于水中，石墨烯氧化物也能够分散于多样且习用的溶剂中(SDS，DMF和NMP等)，因此提供后续应用的多样性。
依据上述构想，本发明提出一种可与生物接触的传感材料，其包含 碳黑原料、石墨烯原料、以及胶料，其中所述碳黑原料、所述石墨烯原 料、以及所述胶料之间具有特定的重量比例关系，并被混合。
依据上述构想，本发明提出一种制造可与生物接触的单元的方法， 包含下列步骤：提供穿戴件。提供碳黑原料、石墨烯原料以及胶料，其 中所述碳黑原料、所述石墨烯原料以及所述胶料之间具有特定的重量比 例关系。将所述碳黑原料、石墨烯原料以及所述胶料混合以形成混合胶 体。将所述混合胶体涂布在所述穿戴件上并吹干，并重复上述的涂布与 吹干的步骤，直到达到适当的涂布层数以形成加工穿戴件。烘烤所述加 工穿戴件以形成纳米导电的所述可与生物接触的单元。
依据上述构想，本发明提出一种用于感测生理参数的可与生物接触 的单元，其包含纳米碳层以及保护层。所述纳米碳层响应所述生理参数 而传输生理信号。所述保护层保护所述纳米碳层。
本发明在碳黑原料与石墨烯原料所混合而成的纳米碳材料中加入 胶料则可以增加拉伸性与弹性，三种原料在特定重量比例下可形成具有 拉伸性佳的纳米混合碳材料，其可用于智能衣的导电层以增加穿戴的舒 适性，而有别于传统使用金属纤维材料的织物，进一步详细的说明可参 照下列的附图与实施方式以得到进一步的了解。
附图说明
图1：习知智能衣内层的导电材料之示意图。
图2：本发明优选实施例的可与生物接触的传感材料的示意图。
图3：本发明优选实施例的不同材料的体积电阻率的示意图。
图4：本发明优选实施例的制造可与生物接触的单元的流程示意图。
图5：使用纳米混成碳材料的可与生物接触的单元的示意图。
图6：本发明优选实施例的制造可与生物接触的单元的方法之示意 图。
图7A：本发明优选实施例的传感单元整合至可与生物接触的单元中 的示意图。
图7B：以金属为传感材料的ECG平均心电图。
图7C：本发明优选实施例的以纳米混成碳薄膜为传感材料的ECG 平均心电图。
图8：本发明优选实施例的随着清洗次数的电阻值的状况的示意图。
图9A：本发明优选实施例的在静态状况下的碳黑的ECG信号。
图9B：本发明优选实施例的在所述静态状况下的碳黑-石墨烯材料 的ECG信号。
图10A：本发明优选实施例的所述碳黑-石墨烯材料的电极的完整 ECG示意图。
图10B：本发明优选实施例的以每秒心跳数为单位的心率之示意图。
图10C：受测者从0到60秒期间是静止不动时的ECG信号的示意 图。
图10D：受测者在120到180秒期间是正在走路时的ECG信号的示 意图。
图10E：受测者在180到250秒期间是正在慢跑然后快跑时的ECG 信号的示意图。
具体实施方式
请参阅图2，其为本发明优选实施例的可与生物接触的单元传感材 料20的示意图。所述可与生物接触的单元传感材料20包含碳黑原料201、 石墨烯(Graphene)原料202(Graphene)、以及胶料203，其中所述碳黑原 料201、所述石墨烯原料202、以及所述胶料203之间具有特定的重量 比例关系，并被混合。
图2是在微观下的原料混合之示意图，立方体cube1包含颗粒状的 所述碳黑原料201与填满立方体cube1的胶料203，碳黑原料201属于 非金属中的可导电物质，由此示意图可知碳黑原料201相对均匀分布于 胶料203中。立方体cube2包含薄膜状的石墨烯原料202与胶料203， 石墨烯原料202亦属于非金属中的可导电物质，其以不规则的迭层分布 于胶料203中，石墨烯原料202中的单一层片状或薄膜状石墨烯的导电 性是非常好的，然而在实际应用上要大量获得单一层片状或薄膜状石墨 烯仍须考虑到良率，且大多仅能得到多层迭状的石墨烯，在层与层之间 仍有一些空隙而具有相对较高阻抗的特性，因此石墨烯原料202并不一 定符合良导体的需求。
在本发明优选实施例中加入碳黑原料201则可填补石墨烯原料202 在其层与层之间的空隙，降低其阻抗，而提升其导电性。从图2的立方 体cube3中可知所述碳黑原料201均匀分布于所述石墨烯原料202以及 所述胶料203中，形成非金属中可导电的穿戴用传感材料20。另外，在 碳黑原料201与石墨烯原料202所混合而成的纳米碳材料中加入胶料 203则可以增加拉伸性与弹性，三种原料在特定重量比例下可形成具有 高拉伸性的纳米混合碳材料，其可用于智能衣的导电层以增加穿戴的舒 适性，而有别于传统使用金属纤维的织物，金属纤维在材料的本质上不 具弹性，因此穿戴的舒适性降低。若要增加其舒适性，则在工艺上复杂 耗时，不符成本效益。
碳黑原料201在碳家族中也是属于同素异形体，在本发明优选实施 例中所采用的碳黑原料201是诺贝尔公司的科琴碳黑(Ketjenblack)，其 包括型号EC600JD、型号EC300J。不同型号以其特性来分辩，请参阅以 下表1。
表1
从表1可知在特定质量下碳黑原料201对邻苯二甲酸二丁酯(DBP) 的吸收率，此优选实施例中以cm3/100g为单位，EC600JD对于DBP的 吸收率比EC300J更高，EC600JD的比表面积(BET surface area)也比 EC300J更大，比表面积是指在单位质量下物料所具有的总面积，此优选 实施例中以m2/g为单位。EC600JD的主粒子半径也比EC300J小，杂质 含量较高，挥发性也较高，酸碱度则相同。
另外，可再从体积电阻率(Volume resistivity)的大小来区别两者， 体积电阻率亦可称为体积电阻系数，是衡量物料的阻抗或导电率大小的 指标。请参阅图3，其为本发明优选实施例的不同材料的体积电阻率的 示意图，横轴代表不同种类的碳黑原料201在树脂中的重量百分比浓度， 例如高密度聚乙烯(HDPE)树脂，例如以wt％为单位。纵轴代表不同种 类的碳黑原料201的体积电阻率，例如以奥姆.公分(Ω.cm)为单位。 在图3中的四条曲线分别代表碳黑A、乙炔碳黑B、EC600JD、以及EC300J 在不同的重量百分比浓度下的体积电阻率，其分别以空心三角形、实心 正方形、实心圆形、以及空心圆形所连成的曲线来表示。从图3可知在 相同的重量百分比浓度25％时，乙炔碳黑B的体积电阻率为10奥姆.公 分，高于碳黑A的体积电阻率，可见碳黑A的导电率优于乙炔碳黑B。 在相同的重量百分比浓度6％时，EC600JD的体积电阻率为10奥姆.公 分，低于EC300J的体积电阻率，因此可见EC600JD的导电率不仅优于 EC300J，且EC600JD仅在重量百分比浓度6％的状态下就能达到，此代 表少量的EC600JD就能够有相对不错的导电率，优于其他三种碳黑的导 电率。
在本发明优选实施例中所采用的石墨烯原料202包括台湾安炬科技 股份有限公司的型号PML、PMF、以及PHF，以及台湾财团法人纺织产 业综合研究所的型号TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003。这些不同型号 的石墨烯之差异在于含氧量不同、层数不同、厚度不同等，其中含氧量 与所含有的官能基相关，例如含有羟基OH、羧基COOH等官能基，而 含氧量多寡与导电性相关，含氧量较少的在石墨烯原料202的层之间的 阻抗性较低，导电性优选。下列表2示例出安炬公司型号PML20与 P-LF10F的特性比较，以识别两种石墨烯原料202。
表2
表2中的PML20与P-LF10以层数、外观、含氧量、振实密度、特 定表面积、平均侧面积、以及导电率等特性来识别。电导率是电阻率的 倒数，从表2可知PML20的电导率是大于19S/cm，P-LF10电导率则是 大于350S/cm，两者的含氧量都低于3wt％，PML20的迭层数较多， P-LF10的迭层数较少，如同前述迭层数较多时阻抗会较大，因此可看出 PML20的电导率较低，而P-LF10的电导率较高。
下列表3示例出台湾财团法人纺织产业综合研究所(TTRI)的型号 TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003的特性比较，以识别不同的石墨烯原 料202。
表3
从表3可知TPGnP-001、TPGnP-002、TPGnP-003三种石墨烯原料 202仅在基面大小上的特性有差异，基面大小会影响石墨烯原料202的 交错堆栈程度、以及内部孔隙度等特性，基面大小在10μm-15μm的 TPGnP-001，其交错堆栈程度较高，具有较致密的断面结构；而基面大 小在3μm-5μm的TPGnP-003，其内部孔隙度较高，交错堆栈程度与内部 孔隙度会影响材料的阻抗，也影响导电性。
本发明优选实施例中的所述穿戴用传感材料20是以特定重量比例 将所述碳黑原料201、所述石墨烯原料202、以及所述胶料203混合而 成，并非任意比例就可混成，除了依照上述碳黑原料201能均匀分散来 填补石墨烯原料202在层与层之间的空隙来增加导电性之外，也加入胶 料203来增加弹性或拉伸性，还必需依照特定的重量比例才能混合成功，同时具有导电性与弹性。
下列的表4示例出不同比例的所述碳黑原料201、所述石墨烯原料 202、以及所述胶料203的混合配方。
表4
在表4中，实施例2和6中的N/A代表电阻值太大而量测不到。实 施例1-9中的碳黑原料201缩写为CB，石墨烯原料202有PML与 TPGnP001两种，碳黑原料201与石墨烯原料202以特定的重量比例与 胶料203混合而形成导电胶体，不同成分与比例的导电胶体之缩写由CB-PML-重量比例或CB-TPGnP001-重量比例来表示。碳黑原料201与 石墨烯原料202混合形成的材料为纳米碳材料，在表4中的所述纳米碳 材料加上所述胶料203混合之后，在所述导电胶体中的重量百分比浓度 固定为5％。所述胶料203包含了树脂(聚氨酯；PU)、水性PU(WPU)、 热塑性PU(TPU)、聚硅酮(Silicone)、环氧树脂(Epoxy)、橡胶、塑料溶 胶(plastisol)中的至少其中之一。所述碳黑原料201包括型号EC600JD 及EC300J中的至少其中之一。所述石墨烯原料202包括型号PML、PMF、 PHF、TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003中的至少其中之一。在表4中 仅示例性地列出所述石墨烯原料202的某一类成分来进行混合，但亦可 使用一种以上的石墨烯原料202与碳黑原料201、胶料203进行混合， 亦可使用一种以上的碳黑原料201进行混合。所述纳米碳材料亦可包含 纳米碳管。
请参阅图4，其为本发明优选实施例的制造可与生物接触的单元的 流程之示意图。本发明优选实施例是以纳米碳材料所制备的导电胶料， 再经由滚筒研磨或机械叶片搅拌将所述导电胶料分散至各种树脂胶料 中，所述导电胶料例如为碳黑原料201、石墨烯原料202及碳黑原料201/ 石墨烯原料202的混成材料，所述胶料例如为PU、silicone、Epoxy、rubber。 最后经由处理方式例如刮刀涂布的方式，在各种机能弹性布料表面制成 薄膜。
在图4中，步骤S101，提供胶料。步骤S102，提供导电材料。步 骤S103，加水混合所述胶料与所述导电材料，而形成导电胶体。所述导 电胶体可通过步骤S104的热转印法、步骤S105的渐层涂布法、或步骤 S106的丝网印刷法将所述导电胶体依附在可与生物接触的单元20上。 在图5中则显示了使用纳米混成碳材料的可与生物接触的单元30的示 意图，所述可与生物接触的单元30包含纳米碳层301、防水层302、基 础层303、以及织料层304。所述防水层302使用具有相对较高阻抗的 材料以做为防刮层，所述纳米碳层301则具有低阻抗以作为导电层，所 述基础层303则是用来与所述织料层304结合，使其不易脱落。
所述可与生物接触的单元30例如可为织物、以及穿戴设备中的至 少其中之一，所述织物包括智能型纺织品，所述智能型纺织品包括智能 寝具、智能雨具，例如智能棉被、智能雨衣、智能雨伞等，所述穿戴单 元包括智能手环、智能扣环、智能手表、智能衣、智能耳机、智能眼镜、 智能尿布、智能束带、智能心率计、以及智能革具，例如智能皮革、以 及智能鞋具中的至少其中之一。在本发明优选实施例中使用纳米混成碳 材的导电胶料在织物上可作为人体信号接收传递的应用，例如在图2中 的立方体cube3中的穿戴用传感材料20使用了纳米混成碳材的导电胶料 在织物上形成薄膜，以作为感测与传输信号用，然而本发明的应用不限 于织物。此外，纳米混成碳材的导电胶料可应用于多个可与生物接触的 单元30上，且在一件智能衣上亦可同时使用多个可与生物接触的单元 30来同时感测生理参数，所述生理参数包含心率、心律、呼吸率、血压、 脉搏、心电图参数、活动步数、活动强度、以及热量消耗中的至少其中 之一。
请再回到表4，实施例1-9的各种配方的制作流程分别如下。
实施例1：CB-Graphene-WPU filler以重量比1：0比例合成。首先， 取5g EC600JD加入500mL之塑料瓶并加入95mL WPU利用机械搅拌机 搅拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体中，混合均匀后利用三滚筒 混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体使用刮刀刷在弹性纤 维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层后，置入烘箱130℃ 下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针，在10cm x 10cm之布料上 测得其表面电阻值为540奥姆，三用电表量测到在任意距离小于5cm的 两点所得到的电阻值为3.6KΩ。所有实施例中主要是以四点探针式电表 来量测材料中的表面电阻系数，而三用电表主要是量测所述材料的整体 电阻系数，透过电阻量测往往可以检测出这些参数在材料与电路制作过 程中是否稳定。而工艺参数稳定度是影响产品良率的重要关键因素之一。
实施例2：CB-Graphene-WPU filler以重量比0：1比例合成。首先， 取5g PML加入500mL之塑料瓶并加入95mL WPU利用机械搅拌机搅 拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体中，混合均匀后利用三滚筒混 练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体使用刮刀刮在弹性纤维 布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层后，置入烘箱130℃下 反应5分钟，得之。最后，使用四点探针，在10cm x 10cm布料上测量 之，以得知其表面电阻值。因在实施例2中不含碳黑原料201，仅含有 石墨烯原料202，如同前述，石墨烯原料202的多层片状迭层之间会有 孔隙而降低了导电性，因而此状态下电阻值太大而量测不到。加水量可适当调整，例如所加到胶料203中的水量可与胶料203相同，其中所述 混合后的导电胶体的黏性与加水的量相关。
实施例3：CB-Graphene-WPU filler以重量比1：1比例合成。首先， 取2.5gEC600JD和2.5g PML分别加入500mL之塑料瓶并加入95mL WPU利用机械搅拌机搅拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体中，混 合均匀后利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体 使用刮刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层 后，置入烘箱130℃下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针，在10cm x 10cm布料上测量之，得知其表面电阻值为630奥姆，三用电表量测到 在任意距离小于5cm的两点所得到的电阻值为4.1KΩ。
实施例4：CB-Graphene-WPU filler以重量比2：1比例合成。首先， 取3.33gEC600JD和1.67g PML分别加入500mL之塑料瓶并加入95mL WPU利用机械搅拌机搅拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体中，混 合均匀后利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体 使用刮刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层后，置入烘箱130℃下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针，在10cm x 10cm布料上测量之，得知其表面电阻值为480奥姆，三用电表量测到 在任意距离小于5cm的两点所得到的电阻值为2.6KΩ。实施例4中的导 电性比在实施例3的好一些，因为在同样重量的石墨烯原料202的状态 下，实施例4中的碳黑原料201的重量是实施例3中的两倍，此填补了 石墨烯原料202在片状迭层之间的空隙而增加导电性。
实施例5：CB-Graphene-WPU filler以重量比1：2比例合成。首先， 取1.67gEC600JD和3.33g PML分别加入500mL之塑料瓶并加入95mL WPU利用机械搅拌机搅拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体中，混 合均匀后利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体 使用刮刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层后，置入烘箱130℃下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针，在10cm x 10cm布料上测量之，得知其表面电阻值为510奥姆，三用电表量测到 在任意距离小于5cm的两点所得到的电阻值为3.05KΩ。实施例5中的 导电性比在实施例3的好一些，因为在同样重量的碳黑原料201的状态 下，实施例5中的石墨烯原料202的重量是实施例3中的两倍，此增加 石墨烯原料202中的单层片状之延伸而可增加导电性，但若增加越多则 会趋向增加片状迭层而降低其导电性。
实施例6：CB-Graphene-WPU filler以重量比0：1比例合成。首先， 取5g TPGn001加入500mL之塑料瓶并加入95mL WPU利用机械搅拌机 搅拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体中，混合均匀后利用三滚筒 混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体使用刮刀刮在弹性纤 维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层后，置入烘箱130℃ 下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针，在10cm x 10cm布料上测 量之，以得知其表面电阻值。因在实施例6中不含碳黑原料201，仅含 有石墨烯原料202，如同前述，石墨烯原料202的多层片状迭层之间会 有孔隙而降低了导电性，因而此状态下电阻值太大而量测不到。
实施例7：CB-Graphene-WPU filler以重量比1：1比例合成。首先， 取2.5gEC600JD和2.5g TPGn001分别加入500mL之塑料瓶并加入 95mL WPU利用机械搅拌机搅拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体 中，混合均匀后利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导 电胶体使用刮刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三 到五层后，置入烘箱130℃下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针， 在10cm x 10cm布料上测量之，得知其表面电阻值为720奥姆，三用电 表量测到在任意距离小于5cm的两点所得到的电阻值为4.8KΩ。
实施例8：CB-Graphene-WPU filler以重量比2：1比例合成。首先， 取3.33gEC600JD和1.67g TPGn001分别加入500mL之塑料瓶并加入 95mL WPU利用机械搅拌机搅拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体 中，混合均匀后利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导 电胶体使用刮刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三 到五层后，置入烘箱130℃下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针， 在10cm x 10cm布料上测量之，得知其表面电阻值为630奥姆，三用电 表量测到在任意距离小于5cm的两点所得到的电阻值为2.95KΩ。
实施例9：CB-Graphene-WPU filler以重量比1：2比例合成。首先， 取1.67gEC600JD和3.33g TPGn001分别加入500mL之塑料瓶并加入 95mL WPU利用机械搅拌机搅拌混均。另外，取95mL水缓慢加入胶体 中，混合均匀后利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导 电胶体使用刮刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三 到五层后，置入烘箱130℃下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针， 在10cm x 10cm布料上测量之，得知其表面电阻值为590奥姆，三用电 表量测到在任意距离小于5cm的两点所得到的电阻值为3.6KΩ。
请参阅下列表5，其为本发明优选实施例的所述碳黑原料201、所 述石墨烯原料202、以及所述胶料203的混合配方。
表5
表5与表4不同的地方在于纳米碳材料(包含碳黑原料201与石墨 烯原料202)在胶料203中的重量百分比浓度wt％逐渐增加。表5中的 N/A代表电阻值太大而量测不到，虚线代表电阻值接近零。
实施例10：碳材比例CB-PML-1:2)4wt％in PU。首先，取2.67g EC600JD及1.33gPML分别加入500mL之塑料瓶并加入96mL WPU利 用机械搅拌机搅拌混均。另外，取96mL水缓慢加入胶体中，混合均匀 后利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体使用刮 刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层后，置 入烘箱130℃下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针，在10cmx 10cm 布料上测量之，以得知其表面电阻值。因在实施例10中的纳米碳材料 的重量百分比较小，未出现可导电的特性，所以阻抗较大而量测不到。
实施例11：碳材比例CB-PML-1:2)6wt％in PU。首先，取4g EC600JD和2g PML分别加入500mL之塑料瓶并加入94mL WPU利用 机械搅拌机搅拌混均。另外，取94mL水缓慢加入胶体中，混合均匀后 利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体使用刮刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层后，置入 烘箱130℃下反应5分钟，得之。最后，使用四点探针，在10cmx 10cm 布料上测量之，得知其表面电阻值为180Ω，三用电表量测到在任意距离 小于5cm的两点所得到的电阻值为2KΩ。
实施例12：碳材比例CB-PML-1:2)11wt％in PU。首先，取4.67g EC600JD及2.33gPML分别加入500mL之塑料瓶并加入93mL WPU利 用机械搅拌机搅拌混均。另外，取93mL水缓慢加入胶体中，混合均匀 后利用三滚筒混练机在25℃下搅拌15分钟。混合后的导电胶体使用刮 刀刮在弹性纤维布料上，用以热风枪吹干表面，重复刮三到五层后，置 入烘箱130℃下反应5分钟，得之。使用四点探针，在10cmx 10cm布 料上测量之，得知其表面电阻值为150Ω，三用电表量测到在任意距离小 于5cm的两点所得到的电阻值为1.6KΩ。最后，剪裁成两片11cm x 2cm 贴合在衣物上做为智能衣电极层，使用奇翼医电设备量测20秒，得平 均心电图，再与以金属铜网为材料的智能衣做比较。
本发明所有实施例仅示例出优选的比例，其他比例在本发明的精神 下本领域技术人员仍可在无须过度的实验下，以其他比例混合这些原料， 其仍在本发明范围内。例如，所述碳黑原料201与所述石墨烯原料202 的比例可介于0～2:2～0，即当所述碳黑原料201从比例为0开始增加时， 所述石墨烯原料202从比例为2开始减少，但两者的比例总和为2；当 所述碳黑原料201从比例为2开始减少时，所述石墨烯原料202从比例 为0开始增加，但两者的比例总和仍为2。类似地，所述碳黑原料201 与所述石墨烯原料202在所述胶料203的重量百分比浓度wt％介于 5％～11％，例如所述碳黑原料201与所述石墨烯原料202的重量总和从5 公克开始增加时，则所述胶料203的重量从95公克开始减少，但所有 原料的总重仍为100公克。
请参阅图6，其为本发明优选实施例的制造可与生物接触的单元的 方法之示意图。步骤S201，提供穿戴件。步骤S202，提供碳黑原料、 石墨烯原料、以及胶料，其中所述碳黑原料、所述石墨烯原料以及所述 胶料之间具有特定的重量比例关系。步骤S203，将所述碳黑原料、石墨 烯原料以及所述胶料混合以形成混合胶体。步骤S204，将所述混合胶体 涂布在所述穿戴件上并吹干，并重复上述的涂布与吹干的步骤，直到达 到适当的涂布层数以形成加工穿戴件。步骤S205，烘烤所述加工穿戴件 以形成纳米导电可与生物接触的单元。
请参阅图7A，其为本发明优选实施例的传感单元501整合至可与生 物接触的单元40中的示意图。用于感测生理参数VP的可与生物接触的 单元40包含纳米碳层401以及保护层402。所述纳米碳层401响应所述 生理参数VP而传输生理信号SV。所述保护层402保护所述纳米碳层401。 所述纳米碳层401作为传感单元501，所述传感单元501包含纳米混成 碳材料。所述纳米混成碳材料包含感测部502与耦合于所述感测部502 的传输部503。所述保护层402具有水隔绝或电绝缘的特性以防止所述 纳米碳层401被破坏，并包括第一保护层4021及第二保护层4022。所 述第一保护层4021及所述第二保护层4022中的其中之一具有开口4020， 在本实施例中的开口4020在第一保护层4021以与肌肤接触。所述感测 部502经由所述开口4020来感测所述生理参数VP，所述生理参数VP 包含心率、心律、呼吸率、血压、脉搏、心电图参数、活动步数、活动 强度、以及热量消耗中的至少其中之一。所述传输部503传递所述生理 信号SV。所述感测部502包含电极5020。所述传输部503包含导线5031 及无线收发器5032中的至少其中之一，所述无线收发器5032例如是 RFID收发器。所述电极5020与导线5031所使用的材料可为纳米混成 碳材料，所述无线收发器5032可为纳米混成碳材料制作成的线圈以收 发无线信号52。在另一优选实施例中纳米混成碳材料亦可作为扣环用来 固定外接型的无线模块，所述外接型的无线模块可与所述传感单元501 分开为另一模块，且可分离式地耦接于外扣环4030上。所述可与生物 接触的单元40更包含衣料本体403及处理设备404，在所述衣料本体 403上的外扣环4030可与以纳米混成碳材料制作的内扣环5033电连接， 以将所述生理信号SV传至所述处理单元404来处理。所述衣料本体403包覆所述保护层402。所述处理设备404设置在所述衣料本体403上， 并接收来自所述传感单元501的所述生理信号SV，再通过应用程序APP 处理后将所述生理参数VP以图表显示。在所述处理设备404与所述传 输部503之间也可用有线的方式来传输所述生理信号SV，并不在此限。
请参阅图7B，其为以金属为传感材料的ECG平均心电图，图7C 则是本发明优选实施例的以纳米混成碳薄膜为传感材料的ECG平均心 电图。横轴代表时间，以秒为单位，纵轴代表感测到的电压之振幅，以 微伏特为单位。P1、P2是P波，其代表的是左右心房连续性的去极化收 缩；Q1与Q2、R1与R2、S1与S2是QRS波，其代表着左右心室的去 极化；T1、T2是T波，其代表着心室再极化。在图7B与图7C中，P1 与P2的波形相似、Q1,R1,S1与Q2,R2,S2的波形相似、T1,T2的波形 相似，因此以纳米混成碳薄膜为传感材料所量测到的ECG平均心电图，可达到以金属为传感材料的ECG平均心电图之结果，且以纳米混成碳薄 膜为传感材料具有弹性，增加穿戴时的舒适度，工艺简单良率高。
在图7A中，可与生物接触的单元40与图1中的织物10完全不同， 织物10中的纤维层123b镀上一层金属镀层123a后，才能分别形成所述 第一与第二层织物102、104，两者互相交织形成导电纱线120。而本发 明可与生物接触的单元40则是各层分明，例如纳米碳层与所述衣料本 体403各层分明，并没有将两者材料混合而形成类似所述导电纱线120， 因此在结构上完全不同。
本发明优选实施例的使用纳米混成碳薄膜为传感材料，利用涂布法、 热转印法、或丝网印刷法将纳米混成碳薄膜附着于织料中而整合成所述 可与生物接触的单元40，所述可与生物接触的单元40经水洗特定次数 后，例如至少20次后，再将其烘干后使用四点探针方式量测，量测到 的电阻值符合智能衣的要求。
请参阅图8，其为本发明优选实施例的随着清洗次数的电阻值的状 况的示意图。在图8中的横轴代表在图7A中的依附至所述衣服本体403 的电极5020的清洗次数，且所述电极5020包括所述碳黑原料201，或 是如同图2立方体cube3的所述碳黑-石墨烯材料。图8中的纵轴表示所 述电极5020每单位面积的电阻值(例如平方公分cm2)，且所述碳黑原料201与所述碳黑-石墨烯材料(201+202)分别是利用三角形与圆形来表示。 在图8中，可以知道所述石墨烯在被加入到所述碳黑原料201后，可用 来降低所述电阻值，因为它的高面积比率的特性可有助于所述碳黑原料 201的导电性。此外，当该碳黑原料201或所述碳黑-石墨烯材料(201+202) 被使用时，每一碳黑电极以及每一碳黑-石墨烯电极即使在清洗50次之 后，仍可维持在相同于初始的状况。例如，所述碳黑原料的电阻值约为 580-730奥姆/每单位面积，且所述碳黑-石墨烯材料的电阻值约为 160-200奥姆/每单位面积。
如同图9A与图9B所示，在经过清洗50次后，所述电极5020仍可 维持所述ECG的感测未受损之信号。请参阅的图9A与图9B，图9A显 示本发明优选实施例的在静态状况下的所述碳黑原料201的ECG信号； 图9B则是显示本发明优选实施例的在所述静态状况下的所述碳黑-石墨 烯材料的ECG信号。所述静态状况代表人体并未移动或是做出任何活动。 此外，在动态状况下所量测到的ECG信号，在经过50次的清洗后也是 稳定的，如同在图10A-图10E所显示。
请参阅图10A，其为本发明优选实施例的所述碳黑-石墨烯材料的所 述电极5020的完整ECG示意图。在图10A中，横轴为表示时间，以秒 为单位，纵轴表示所感测到的电压的振幅，以微伏特为单位。此实施例 中是以一个23岁的男性为例，其身高与体重分别为165公分与55公斤。 从0到60秒的期间，所述男性在所述静态状况下是静止的，但分别在 61到120秒、121秒到210秒、211到330秒的所述动态状况的期间， 所述男性分别走路、慢跑、以及快跑。从331到480秒，所述男性休息。 所述碳黑-石墨烯的所述电极5020的电阻值在经过50次的清洗后约为 200±20奥姆/每单位面积。
请参阅图10B，其为本发明优选实施例的以每秒心跳数为单位的心 率之示意图。其显示所述男性分别在静止、走路、慢跑、以及快跑的不 同的心率的状态。
请参阅图10C、图10D、以及图10E。图10C显示当所述受测者(男 性)在0到60秒期间是静止不动时的ECG信号的示意图。图10D显示 当所述受测者(男性)在120到180秒期间是正在走路时的ECG信号的示 意图。图10E显示当所述受测者(男性)在180到250秒期间是正在慢跑 然后快跑时的ECG信号的示意图。
实施例
1.一种可与生物接触的传感材料，其包含碳黑原料、石墨烯原料、 以及胶料，其中所述碳黑原料、所述石墨烯原料、以及所述胶料之间具 有特定的重量比例关系，并被混合。
2.如实施例1所述的材料，其中所述穿戴用传感材料更包含纳米碳 管原料。所述碳黑原料包括型号EC600JD及EC300J中的至少其中之一。 所述石墨烯原料包括型号PML、PMF、PHF、TPGnP001、TPGnP002、 TPGnP003中的至少其中之一。所述胶料包括树脂(PU)、水性PU、热塑 性PU、聚硅酮(Silicone)、环氧树脂(Epoxy)、橡胶、塑料溶胶(plastisol) 中的至少其中之一。
3.如实施例1-2所述的材料，其中所述碳黑原料以及所述石墨烯原 料的重量比例关系为0～2:2～0，所述碳黑原料与所述石墨烯原料在所述 胶料中的重量百分比浓度wt％介于5％～11％。
4.一种制造可与生物接触的单元的方法，包含下列步骤：提供穿戴 件。提供碳黑原料、石墨烯原料以及胶料，其中所述碳黑原料、所述石 墨烯原料以及所述胶料之间具有特定的重量比例关系。将所述碳黑原料、 石墨烯原料以及所述胶料混合以形成混合胶体。将所述混合胶体涂布在 所述穿戴件上并吹干，并重复上述的涂布与吹干的步骤，直到达到适当 的涂布层数以形成加工穿戴件。烘烤所述加工穿戴件以形成所述纳米导 电可与生物接触的单元。
5.如实施例4所述的方法，其中，形成所述混合胶体的步骤包含下 列子步骤：加入与所述胶料同等体积的水以进行均匀混合；以及利用三 滚筒混练机在常温下搅拌特定时间以形成所述混合胶体，其中所述混合 胶体的黏性与加水的量相关。所述混合胶体通过使用刮刀而被涂布在所 述穿戴件上，其中所述穿戴件是弹性纤维布料。形成所述加工穿戴件的 步骤包含使用热风枪吹干所述穿戴件的表面。所述方法更包含下列步骤： 将所述加工穿戴件置入烘箱，在特定温度与特定时间下反应。重复水洗 所述纳米导电可与生物接触的单元。量测所述纳米导电可与生物接触的 单元的电性参数，其中所述电性参数至少包括电阻值。
6.一种用于感测生理参数的可与生物接触的单元，包含纳米碳层以 及保护层。所述纳米碳层响应所述生理参数而传输生理信号。所述保护 层保护所述纳米碳层。
7.如实施例6所述的可与生物接触的单元，其中所述纳米碳层作为 传感单元，所述传感单元包含纳米混成碳材料。所述纳米混成碳材料包 含感测部与耦合于所述感测部的传输部。所述保护层具有水隔绝或电绝 缘的特性以防止所述纳米碳层被破坏，并包括第一保护层及第二保护层。 所述第一保护层及所述第二保护层中的其中之一具有一开口。所述感测 部经由所述开口来感测所述生理参数，所述生理参数包含心率、心律、 呼吸率、血压、脉搏、心电图参数、活动步数、活动强度、以及热量消 耗中的至少其中之一。所述传输部传递所述生理信号。所述感测部包含 电极。所述传输部包含导线及无线收发器中的至少其中之一，所述无线 收发器包括RFID收发器。
8.如实施例6-7所述的可与生物接触的单元，其中所述纳米碳层包 含纳米混成碳材料。所述纳米混成碳材料包含纳米碳材料与胶料，所述 纳米碳材料包含碳黑原料、石墨烯原料、以及纳米碳管原料中的至少其 中之一。所述碳黑原料、所述石墨烯原料、以及所述胶料之间具有特定 的重量比例关系，并被混合以形成纳米混成碳材料。所述碳黑原料包括型号EC600JD及EC300J中的至少其中之一。所述石墨烯原料包括型号 PML、PMF、PHF、TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003中的至少其中之 一。所述胶料包括树脂(PU)、水性PU、热塑性PU、聚硅酮(Silicone)、 环氧树脂(Epoxy)、橡胶、塑料溶胶(plastisol)中的至少其中之一。
9.如实施例6-8所述的可与生物接触的单元，其中所述纳米碳层包 含纳米混成碳材料。所述纳米混成碳材料包含纳米碳材料与胶料。所述 纳米碳材料在所述纳米混成碳材料中的重量比例与所述纳米混成碳材 料的导电度相关。所述胶料在所述纳米混成碳材料中的重量比例与所述 纳米混成碳材料的拉伸性相关。所述碳黑原料在所述纳米碳材料中的重 量比例与所述纳米碳材料的均匀性相关。
10.如实施例6-9所述的可与生物接触的单元，其中所述可与生物 接触的单元包括织物与穿戴单元中的至少其中之一，所述织物包括智能 型纺织品，所述智能型纺织品包括智能寝具、智能雨具，所述穿戴单元 包括智能手环、智能扣环、智能手表、智能衣、智能耳机、智能眼镜、 智能尿布、智能束带、智能心率计、以及智能革具中的至少其中之一。 所述纳米碳层作为传感单元。所述可与生物接触的单元被水清洗以处于 清洁状态，其中在所述清洁状态中，所述纳米混成碳材料的电阻值小于 100奥姆。所述可与生物接触的单元更包含衣料本体及处理设备。所述 衣料本体包覆所述保护层。所述处理设备设置在所述衣料本体上，并接 收来自所述传感单元的所述生理信号。
11.一种用于感测生理参数的可与生物接触的单元，包含纳米碳层 以及保护层。所述纳米碳层响应所述生理参数而传输生理信号，并包括 碳黑原料、石墨烯原料、以及胶料，其中所述碳黑原料、所述石墨烯原 料、以及所述胶料之间具有特定的重量比例关系，并被混合。所述保护 层保护所述纳米碳层。
12.如实施例11所述的穿戴用传感材料，其中所述穿戴用传感材料 更包含纳米碳管原料。所述碳黑原料包括型号EC600JD及EC300J中的 至少其中之一。所述石墨烯原料包括型号PML、PMF、PHF、TPGnP001、 TPGnP002、TPGnP003中的至少其中之一。所述胶料包括树脂(PU)、水 性PU、热塑性PU、聚硅酮(Silicone)、环氧树脂(Epoxy)、橡胶、塑料 溶胶(plastisol)中的至少其中之一。
13.如实施例11-12所述的穿戴用传感材料，其中所述保护层具有 开口，所述生理参数通过所述开口被所述纳米碳层感测，所述生理参数 包含心率、心律、呼吸率、血压、脉搏、心电图参数、活动步数、活动 强度、以及热量消耗中的至少其中之一。所述碳黑原料以及所述石墨烯 原料的重量比例关系为0～2:2～0，所述碳黑原料与所述石墨烯原料在所述胶料中的重量百分比浓度wt％介于5％～11％。
14.一种用于感测生理参数的可与生物接触的单元，包含纳米碳层 以及织料层。所述纳米碳层响应所述生理参数而传输生理信号。所述织 料层与所述纳米碳层结合。
15.如实施例14所述的可与生物接触的单元，其中，所述纳米碳层 包括碳黑原料、石墨烯原料、以及胶料，其中所述碳黑原料、所述石墨 烯原料、以及所述胶料之间具有特定的重量比例关系，并被混合。所述 可与生物接触的单元更包含基础层与防水层，所述织料层通过所述基础 层与所述纳米碳层结合。所述纳米碳层作为导电层，所述防水层与所述纳米碳层结合。所述纳米碳层作为传感单元，所述传感单元包含纳米混 成碳材料。所述纳米混成碳材料包含感测部与耦合于所述感测部的传输 部。所述传输部传递所述生理信号。所述感测部包含电极。所述传输部 包含导线及无线收发器中的至少其中之一，所述无线收发器包括RFID 收发器。所述纳米碳层包含纳米混成碳材料。所述纳米混成碳材料包含 纳米碳材料与胶料。所述纳米碳材料在所述纳米混成碳材料中的重量比 例与所述纳米混成碳材料的导电度相关。所述胶料在所述纳米混成碳材 料中的重量比例与所述纳米混成碳材料的拉伸性相关。所述碳黑原料在 所述纳米碳材料中的重量比例与所述纳米碳材料的均匀性相关。所述可 与生物接触的单元更包含保护层，保护所述纳米碳层。所述保护层具有 水隔绝或电绝缘的特性以防止所述纳米碳层被破坏，并包括第一保护层 及第二保护层。所述第一保护层及所述第二保护层中的其中之一具有开 口。所述感测部经由所述开口来感测所述生理参数，所述生理参数包含 心率、心律、呼吸率、血压、脉搏、心电图参数、活动步数、活动强度、 以及热量消耗中的至少其中之一。所述可与生物接触的单元包括织物与 穿戴单元中的至少其中之一，所述织物包括智能型纺织品，所述智能型 纺织品包括智能寝具、智能雨具，所述穿戴单元包括智能手环、智能扣 环、智能手表、智能衣、智能耳机、智能眼镜、智能尿布、智能束带、 智能心率计、以及智能革具中的至少其中之一。
综上所述，本发明的说明与实施例已公开于上，然其非用来限制本 发明，凡习知此技艺者，在不脱离本发明的精神与范围之下，当可做各 种更动与修饰，其仍应属在本发明专利的涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种用于感测生理参数的可与生物接触的单元，其特征在于，
纳米碳层，响应所述生理参数而传输生理信号，且包含：
纳米混成碳材料，包含；
碳黑原料；
石墨烯原料；以及
胶料，其中，所述碳黑原料、所述石墨烯原料、以及所述胶料之间具有特定的重量比例关系，并被混合，其中：
所述碳黑原料以及所述石墨烯原料的重量比例关系为0:2至2:0，所述碳黑原料与所述石墨烯原料在所述胶料中的重量百分比浓度wt％介于5～11％；
所述碳黑原料包括型号EC600JD及EC300J的至少其中之一；
所述石墨烯原料包括型号PML、PMF、PHF、TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003的至少其中之一，其中所述石墨烯原料型号PML的含氧量低于3wt％，所述石墨烯原料型号TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003的碳含率高于99wt％；
所述碳黑原料型号EC600JD及EC300J对于邻苯二甲酸二丁酯的吸收率分别为495cm3/100g以及360cm3/100g，且杂质含量分别为0.1％以及0.05％，酸碱值皆为9；以及
所述石墨烯原料型号TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003，厚度皆为3nm-5nm，基面大小分别为10-15μm、5-10μm以及3-5μm；
所述纳米碳层作为传感单元，所述传感单元包含所述纳米混成碳材料；
所述纳米混成碳材料包含感测部与耦合于所述感测部的传输部；
所述感测部包含电极；
所述传输部包含导线及无线收发器的至少其中之一；
所述电极与导线所使用的材料为纳米混成碳材料，所述无线收发器为纳米混成碳材料制作成的线圈以收发无线信号；
所述纳米混成碳材料作为扣环用来固定外接型的无线模块，所述外接型的无线模块与所述传感单元分开为另一模块，且分离式地耦接于外扣环上；以及
所述可与生物接触的单元更包含衣料本体及处理设备，在所述衣料本体上的外扣环与以纳米混成碳材料制作的内扣环电连接，以将所述生理信号传至所述处理设备来处理。
2.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，
所述可与生物接触的所述纳米混成碳材料更包含纳米碳管原料；以及
所述胶料包括聚氨酯树脂、聚硅酮、环氧树脂、橡胶、塑料溶胶中的至少其中之一，其中所述聚氨酯树脂包含水性聚氨酯、热塑性聚氨酯中的至少其中之一。
3.一种制造可与生物接触的单元的方法，其特征在于，
包含下列步骤：
提供穿戴件；
提供碳黑原料、石墨烯原料以及胶料，其中所述碳黑原料、所述石墨烯原料以及所述胶料之间具有特定的重量比例关系，其中：
所述碳黑原料以及所述石墨烯原料的重量比例关系为0:2至2:0，所述碳黑原料与所述石墨烯原料在所述胶料中的重量百分比浓度wt％介于5～11％；
将所述碳黑原料、所述石墨烯原料以及所述胶料混合以形成混合胶体；
将所述混合胶体涂布在所述穿戴件上并吹干，并重复所述涂布与吹干的步骤，直到达到适当的涂布层数以形成加工穿戴件；以及
烘烤所述加工穿戴件以形成纳米导电的所述可与生物接触的单元，其中：
所述碳黑原料包括型号EC600JD及EC300J的至少其中之一；
所述石墨烯原料包括型号PML、PMF、PHF、TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003的至少其中之一，其中所述石墨烯原料型号PML的含氧量低于3wt％，所述石墨烯原料型号TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003的碳含率高于99wt％；
所述碳黑原料型号EC600JD及EC300J对于邻苯二甲酸二丁酯的吸收率分别为495cm3/100g以及360cm3/100g，且杂质含量分别为0.1％以及0.05％，酸碱值皆为9；
所述石墨烯原料型号TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003，厚度皆为3nm-5nm，基面大小分别为10-15μm、5-10μm以及3-5μm；
所述纳米碳层作为传感单元，所述传感单元包含纳米混成碳材料；
所述纳米混成碳材料包含感测部与耦合于所述感测部的传输部；
所述感测部包含电极；
所述传输部包含导线及无线收发器的至少其中之一；
所述电极与导线所使用的材料为纳米混成碳材料，所述无线收发器为纳米混成碳材料制作成的线圈以收发无线信号；
所述纳米混成碳材料作为扣环用来固定外接型的无线模块，所述外接型的无线模块与所述传感单元分开为另一模块，且分离式地耦接于外扣环上；以及
所述可与生物接触的单元更包含衣料本体及处理设备，在所述衣料本体上的外扣环与以纳米混成碳材料制作的内扣环电连接，以将所述生理信号传至所述处理设备来处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
形成所述混合胶体的步骤包含下列子步骤：
加入与所述胶料同等体积的水以进行均匀混合；以及
利用三滚筒混练机在常温下搅拌特定时间以形成所述混合胶体，其中所述混合胶体的黏性与加水的量相关；
所述混合胶体通过使用刮刀而被涂布在所述穿戴件上，其中所述穿戴件是弹性纤维布料；
形成所述加工穿戴件的步骤包含使用热风枪吹干所述穿戴件的表面；以及
所述方法更包含下列步骤：
将所述加工穿戴件置入烘箱，在特定温度与特定时间下反应；
重复水洗纳米导电的所述可与生物接触的单元，其中所述特定温度与所述特定时间分别为130℃以及5分钟；以及
量测纳米导电的所述可与生物接触的单元的电性参数，其中所述电性参数至少包括电阻值。
5.一种用于感测生理参数的可与生物接触的单元，其特征在于，
包含：
纳米碳层，其响应所述生理参数而传输生理信号；所述纳米碳层包含纳米混成碳材料；
所述纳米混成碳材料包含纳米碳材料与胶料，所述纳米碳材料包含碳黑原料、石墨烯原料、以及纳米碳管原料的至少其中之一；
所述碳黑原料、所述石墨烯原料、以及所述胶料之间具有特定重量比例关系，并被混合以形成纳米混成碳材料，其中：
所述碳黑原料以及所述石墨烯原料的重量比例关系为0:2至2:0，所述碳黑原料与所述石墨烯原料在所述胶料中的重量百分比浓度wt％介于5～11％；以及
保护层，其保护所述纳米碳层，其中：所述保护层包括第一保护层及第二保护层，所述第一保护层及所述第二保护层的其中之一具有开口；
所述碳黑原料包括型号EC600JD及EC300J的至少其中之一；
所述石墨烯原料包括型号PML、PMF、PHF、TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003的至少其中之一，其中所述石墨烯原料型号PML的含氧量低于3wt％，所述石墨烯原料型号TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003的碳含率高于99wt％；
所述碳黑原料型号EC600JD及EC300J对于邻苯二甲酸二丁酯的吸收率分别为495cm3/100g以及360cm3/100g，且杂质含量分别为0.1％以及0.05％，酸碱值皆为9；
所述石墨烯原料型号TPGnP001、TPGnP002、TPGnP003，厚度皆为3nm-5nm，基面大小分别为10-15μm、5-10μm以及3-5μm
所述纳米碳层作为传感单元，所述传感单元包含纳米混成碳材料；
所述纳米混成碳材料包含感测部与耦合于所述感测部的传输部；
所述感测部包含电极；
所述传输部包含导线及无线收发器的至少其中之一；
所述无线收发器包括RFID收发器；
所述电极与导线所使用的材料为纳米混成碳材料，所述无线收发器为纳米混成碳材料制作成的线圈以收发无线信号；
所述纳米混成碳材料作为扣环用来固定外接型的无线模块，所述外接型的无线模块与所述传感单元分开为另一模块，且分离式地耦接于外扣环上；以及
所述可与生物接触的单元更包含衣料本体及处理设备，在所述衣料本体上的外扣环与以纳米混成碳材料制作的内扣环电连接，以将所述生理信号传至所述处理设备来处理。
6.根据权利要求5所述的可与生物接触的单元，其特征在于，所述保护层具有水隔绝或电绝缘的特性以防止所述纳米碳层被破坏；
所述感测部经由所述开口来感测所述生理参数，所述生理参数包含心率、心律、呼吸率、血压、脉搏、心电图参数、活动步数、活动强度、以及热量消耗中的至少其中之一；
所述传输部传递所述生理信号。
7.根据权利要求5所述的可与生物接触的单元，其特征在于，
所述胶料包括聚氨酯树脂、聚硅酮、环氧树脂、橡胶、塑料溶胶中的至少其中之一，其中所述聚氨酯树脂包含水性聚氨酯、热塑性聚氨酯中的至少其中之一。
8.根据权利要求5所述的可与生物接触的单元，其特征在于，
所述纳米碳材料在所述纳米混成碳材料中的重量比例与所述纳米混成碳材料的导电度相关；
所述胶料在所述纳米混成碳材料中的重量比例与所述纳米混成碳材料的拉伸性相关；以及
所述碳黑原料在所述纳米碳材料中的重量比例与所述纳米碳材料的均匀性相关。
9.根据权利要求5所述的可与生物接触的单元，其特征在于，
所述可与生物接触的单元包括织物与穿戴单元中的至少其中之一，
所述织物包括智能型纺织品，所述智能型纺织品包括智能寝具、智能雨具，
所述穿戴单元包括智能手环、智能扣环、智能手表、智能衣、智能耳机、智能眼镜、智能尿布、智能束带、智能心率计、以及智能革具中的至少其中之一；
所述纳米碳层作为传感单元；
所述可与生物接触的单元被水清洗以处于清洁状态，其中在所述清洁状态中，所述纳米混成碳材料的电阻值小于100奥姆；
所述可与生物接触的单元更包含衣料本体及处理设备；
所述衣料本体包覆所述保护层；以及
所述处理设备设置在所述衣料本体上，并接收来自所述传感单元的所述生理信号。
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