CN113433185A - 工作电极制备方法、pH检测芯片及制备方法和可穿戴传感设备 - Google Patents

工作电极制备方法、pH检测芯片及制备方法和可穿戴传感设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及可穿戴传感设备技术领域，提供工作电极制备方法、pH检测芯片及制备方法和可穿戴传感设备。该工作电极制备方法，包括：在0.8毫升至1.2毫升的溶剂中加入0.1克至1克聚乙烯醇粉末，并在第一温度为80摄氏度至100摄氏度下进行搅拌，获得第一溶液；在第一溶液中加入0.01克至0.5克聚苯胺粉末，并搅拌，获得第二溶液；取0.01毫升至0.5毫升第二溶液置于第一导电体上，并在第二温度为30摄氏度至120摄氏度，第一干燥时间为1小时至3小时内进行干燥，制得工作电极。本申请的工作电极制备方法过程简单，制备出的工作电极、pH检测芯片具有较高的灵敏性。

Description

工作电极制备方法、pH检测芯片及制备方法和可穿戴传感 设备
技术领域
本申请涉及可穿戴传感设备技术领域，具体涉及工作电极制备方法、pH检测芯片及制备方法和可穿戴传感设备。
背景技术
在相关技术中，可穿戴传感设备能够非侵入性地检测出疾病的迹象、慢性病早期，实现自我健康管理。其中，由于pH值对传感器的影响最大，灵活多变的可伸缩的电化学pH传感器尤其重要。然而，目前使用的pH传感器十分笨重，导致无法与身体长时间接，并且让人感受到不舒服。
虽然柔性材料可以避免这种状况，例如，与人体相适应的杨氏模量，能够与组织一同运动的柔韧性很好的适配了人体组织。但是，芯片的灵敏度以及限制受材料本征性质以及结构影响，例如材料特性、微观结构以及表界面等因素。例如，采用石墨烯和Ag/AgCl分别作为工作电极以及对电极，植入到PU树脂上并且拥有优良的黏附性能。还有，大量的阵列结构也能够进行pH检测，例如，采用阵列的方式制备大面积pH检测阵列，能够有效地检测pH变化。但是这些均是在实验室制备的，制备过程复杂，步骤繁琐，商用价值较低。因此，需要对pH柔性芯片进行改进，以符合商用化制备条件。
申请内容
有鉴于此，本申请的第一方面的目的在于提供一种工作电极制备方法，解决了背景技术中存在的工作电极制备过程复杂的技术问题。
本申请第一方面提供的工作电极制备方法，用于制备工作电极，所述工作电极制备方法包括：在0.8毫升至1.2毫升的溶剂中加入0.1克至1克聚乙烯醇粉末，并在第一温度为80摄氏度至100摄氏度下进行搅拌，获得第一溶液；在所述第一溶液中加入0.01克至0.5克聚苯胺粉末，并搅拌，获得第二溶液；取0.01毫升至0.5毫升所述第二溶液置于第一导电体上，并在第二温度为30摄氏度至120摄氏度，第一干燥时间为1小时至3小时进行干燥，制得工作电极。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一温度为90摄氏度；和/或所述第二温度为80摄氏度。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第二溶液的量为0.1毫升；和/或所述第一干燥时间为2小时。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述聚乙烯醇粉末选用0.2克；和/或所述聚苯胺粉末粉末选用0.1克。
本申请的第二方面提供了一种pH检测芯片制备方法，解决了背景技术中pH检测芯片制备过程复杂的技术问题。
本申请第二方面提供的pH检测芯片制备方法，用于制备pH检测芯片，所述pH检测芯片制备方法包括：采用任一实现方式中的工作电极制备方法制备工作电极；制备对电极；将所述工作电极与所述对电极分别连接于基底上；将第一导线连接于所述工作电极上，且将第二导线连接于所述对电极上；对所述基底进行封装，制备出所述pH检测芯片。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述制备对电极，具体包括：将导电金属悬浊液置于第二导电体上；在干燥温度为50摄氏度至80摄氏度，第二干燥时间为1小时至3小时进行干燥，制得所述对电极。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述导电金属液悬浊液为银悬浊液或氯化银悬浊液。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述干燥温度为70摄氏度；和/或所述第二干燥时间为2小时。
本申请的第三方面提供了一种pH检测芯片，解决了背景技术中pH检测芯片灵敏度低的技术问题。
本申请第三方面提供的pH检测芯片，采用任一实现方式中所述的pH检测芯片制备方法制备而成，所述pH检测芯片包括：基板；工作电极，设于所述基板上；第一导线，与所述动作电极连接；对电极，设于所述基板上；第二导线，与所述对电极连接；封装件，构造为封装所述基板。
本申请的第四方面提供了一种可穿戴传感设备，解决了背景技术中可穿戴传感设备笨重，灵敏度低的技术问题。
本申请第四方面提供一种可穿戴传感设备，包括：设备本体；pH检测芯片，设于所述设备本体上。
本申请的第四方面提供的可穿戴传感设备，由于包括了上述任一实现方式中的pH检测芯片，因此具有了上述任一项的pH检测芯片的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
图1所示为本申请一些实现方式提供的工作电极制备方法的流程图。
图2所示为图1所示的实现方式提供的pH检测芯片制备方法的流程图。
图3所示为图2所示的实现方式提供的pH检测芯片制备方法的制备对电极的流程图。
图4所示为本申请一些实现方式提供的pH检测芯片的结构示意图。
图5所示为本申请一些实现方式提供的可穿戴传感设备的方框示意图。
图6所示为本申请一些实现方式提供的pH检测芯片在不同的pH下芯片电压的变化。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
申请概述
为了解决背景技术中存在的可穿戴传感设备笨重、灵敏度低的技术问题，可以采用石墨烯和Ag/AgCl分别作为工作电极以及对电极，植入到PU树脂上并且拥有优良的黏附性能。还有，大量的阵列结构也能够进行pH检测，例如，采用阵列的方式制备大面积pH检测阵列，能够有效地检测pH变化。但是这些均是在实验室制备的，制备过程复杂，步骤繁琐，商用价值较低。
针对上述的技术问题，本申请的基本构思是提出一种工作电极制备方法、除尘系统和计算机可读存储介质，将工作电极制备方法拆分为两层：第一层用于获取粉尘检测信号，以获取相关的参数，第二层用于具体分析、处理粉尘检测信号并根据分析和处理的结果实施工作电极制备方法。由于基于粉尘检测信号来完成第二层的控制过程，可以在除尘装置的除尘过程中及早发现问题，避免了时候疏通堵塞带来的滞后性问题，可显著提高除尘装置的除尘效率和可靠性。
需要说明的是，本申请所提供的工作电极制备方法可以应用于任何场景下的除尘装置。具体而言，机械结构的设计目的是要完成具体的工作任务，完成工作任务的方式为通过对应的机械结构或机械结构中的部分或全部组件以完成具体的机械动作或信息传递。
在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。
示例性工作电极制备方法
图1所示为本申请一些实现方式提供的工作电极制备方法的流程图。如图1所示，该工作电极制备方法，包括：
步骤101：在0.8毫升至1.2毫升的溶剂中加入0.1克至1克聚乙烯醇粉末，并在第一温度为80摄氏度至100摄氏度下进行搅拌，获得第一溶液。其中，溶剂为去离子水，去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水，常用于实验室、化验室用水。聚乙烯醇(Polyvinylalcohol,Vinylacohol polymer，简称PVA)是重要的化工原料，能够在一定温度下溶于水，且水温越高则溶解度越大。将0.1克至1克的聚乙烯醇粉末加入0.8毫升至1.2毫升的溶剂中，通过在80摄氏度至100摄氏度下进行搅拌，温度越高，越能加速聚乙烯醇粉末的溶解，待聚乙烯醇粉末全部均匀溶解于溶剂中，则获得第一溶液。
步骤103：在第一溶液中加入0.01克至0.5克聚苯胺粉末，并搅拌，获得第二溶液。其中，聚苯胺(PolyAniline，简称PANI)具有特殊的电学、光学性质，取0.01克至0.5克的聚苯胺粉末加入到第一溶液中搅拌至溶液均一稳定，获得的溶液，即第二溶液经过一定的处理后可制得具有导电性能的电极材料。
步骤105：取0.01毫升至0.5毫升第二溶液置于第一导电体上，并在第二温度为30摄氏度至120摄氏度，第一干燥时间为1小时至3小时进行干燥，制得工作电极。其中，工作电极是指在测试过程中可引起试液中待测组分浓度明显变化的电极。第一导电体可以为铜箔，铜箔具有低表面氧气特性，可以附着于不同的基材上，具有较宽的使用范围。利用聚苯胺的导电性能，将步骤103中制得的第二溶液取0.01毫升至0.5毫升滴于第一导电体上，并在第二温度为30摄氏度至120摄氏度下干燥，干燥时间为1小时至3小时，使得第二溶液蒸发水分后凝固，从而制得工作电极。其中，第二温度也可以为80摄氏度。
更为具体地，以PVA粉末的质量为变量来制备不同的工作电极，试验过程如下：以去离子水为溶剂，在1mL的去离子水中，加入0.1g的PVA粉末，90摄氏度下搅拌溶解，接着加入0.1g的PANI粉末，搅拌至溶液均一稳定，之后取溶液0.1mL，滴加到铜箔上，在烘箱中90摄氏度下干燥2小时，即可制得工作电极。
或者，以去离子水为溶剂，在1mL的去离子水中，加入0.2g的PVA粉末，90摄氏度下搅拌溶解，接着加入0.1g的PANI粉末，搅拌至溶液均一稳定，之后取溶液0.1mL，滴加到铜箔上，在烘箱中90摄氏度干燥2小时，也制得工作电极。
或者，以去离子水为溶剂，在1mL的去离子水中，加入0.5g的PVA粉末，90摄氏度下搅拌溶解，接着加入0.1g的PANI粉末，搅拌至溶液均一稳定，之后取溶液0.1mL，滴加到铜箔上，在烘箱中90摄氏度干燥2小时，可制得工作电极。
以PVA粉末的质量为变量来制备各向异性磁性纳米压电材料以获取用于制备材料最优纳米PVA粉末的质量。以质量为0.1g、0.2g和0.5g的PVA粉末根据上述制备方法制备工作电极。
各实验结果总结如下：
Figure BDA0003101544220000061
以PANI粉末质量为变量来制备不同的工作电极，试验过程如下：
以去离子水为溶剂，在1mL的去离子水中，加入0.2g的PVA粉末，90摄氏度下搅拌溶解，接着加入0.01g的PANI粉末，搅拌至溶液均一稳定，之后取溶液0.1mL，滴加到铜箔上，在烘箱中90摄氏度干燥2小时，制得工作电极。
或者，以去离子水为溶剂，在1mL的去离子水中，加入0.2g的PVA粉末，90摄氏度下搅拌溶解，接着加入0.5g的PANI粉末，搅拌至溶液均一稳定，之后取溶液0.1mL，滴加到铜箔上，在烘箱中90摄氏度干燥2小时，制得工作电极。
当以PANI粉末质量为变量来制备工作电极以获取用于制备材料最优PANI粉末质量。以粉末质量为0.01g、0.1g和0.5g的PANI粉末质量根据上述制备方法制备工作电极。
各实验结果总结如下：
Figure BDA0003101544220000062
Figure BDA0003101544220000071
以第二温度的参数值变化制备不同的工作电极，试验过程如下：
以去离子水为溶剂，在1mL的去离子水中，加入0.2g的PVA粉末，90摄氏度下搅拌溶解，接着加入0.1g的PANI粉末，搅拌至溶液均一稳定，之后取溶液0.1mL，滴加到铜箔上，在烘箱中90摄氏度干燥2小时，制得工作电极。
或者，以去离子水为溶剂，在1mL的去离子水中，加入0.2g的PVA粉末，90摄氏度下搅拌溶解，接着加入0.1g的PANI粉末，搅拌至溶液均一稳定，之后取溶液0.1mL，滴加到铜箔上，在烘箱中90摄氏度干燥2小时，制得工作电极。
当以第二温度作为变量来制备工作电极以获取用于制备芯片的最优温度，以温度为30摄氏度、90摄氏度和120摄氏度作为根据上述工作电极。
各实验结果总结如下：
Figure BDA0003101544220000072
图2所示为图1所示的实现方式提供的pH检测芯片制备方法的流程图。如图2所示，该pH检测芯片制备方法，用于制备pH检测芯片，pH检测芯片制备方法包括：
步骤201：采用如上任一实现方式中的工作电极制备方法制备工作电极，方法简单，实用，不会产生材料浪费，制备出的工作电极能够检测酸碱变化，且灵敏性高。
步骤203：制备对电极，使得对电极能够和工作电极组成回路以通过电流。
步骤205：将工作电极与对电极分别连接于基底上，使得基底能够承载工作电极和对电极。
步骤207：将第一导线连接于工作电极上，且将第二导线连接于对电极上，工作电极对应连接第一导线，对电极对应连接第二导线，第一导线与第二导线连接，使得工作电极与对电极可以导通电流。
步骤209：对基底进行封装，能够对工作电极和对电极起到固定、密封、保护和增强电热性能的作用，制备出pH检测芯片，能够检测酸碱变化，且灵敏性高。其中，对铜箔进行剪裁，植入到基底成形，连接导线后再对基底采用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，简称PDMS)进行封装。
通过pH检测芯片制备方法制备而成的pH检测芯片能够检测酸碱变化。此外这种制备方式简单，易于合成，能够大规模推广。图6所示为本申请一些实现方式提供的pH检测芯片在不同的pH下芯片电压的变化。如图6所示，芯片电压的单位为毫伏。
示例性pH检测芯片制备方法
图3所示为图2所示的实现方式提供的pH检测芯片制备方法的制备对电极的流程图。如图3所示，在一种可能的实现方式中，制备对电极，具体包括：
步骤301：将导电金属悬浊液置于第二导电体上，其中，导电金属可为银(Ag)或氯化银(AgCl)，导电金属液悬浊液为银悬浊液或氯化银悬浊液。例如，氯化银能够溶解于溶液中而值得悬浊液，第二导电体为铜箔。将上述悬浊液滴到铜箔上。
步骤303：在温度为50摄氏度至80摄氏度，第二干燥时间为1小时至3小时进行干燥，制得对电极。其中，可在70摄氏度烘箱中干燥2小时。
示例性pH检测芯片
图4所示为本申请一些实现方式提供的pH检测芯片的结构示意图。如图4所示，该pH检测芯片100，采用如上任一实现方式中pH检测芯片制备方法制备而成，pH检测芯片100包括：基板110、工作电极120、第一导线130、对电极140、第二导线150和封装件160，工作电极120设于基板110上。第一导线130与对电极140连接，对电极140设于基板110上，第二导150线与对电极140连接，封装件160构造为封装基板110。
本申请中，通过pH检测芯片制备方法制备而成的pH检测芯片为柔性pH检测芯片，能够检测酸碱变化。此外这种制备方式简单，易于合成，能够大规模推广。
示例性pH检测芯片
图5所示为本申请一些实现方式提供的可穿戴传感设备的方框示意图。如图5所示，该可穿戴传感设备10，包括：设备本体200和如上的实现方式中的pH检测芯片100，pH检测芯片100设于设备本体200上。
本申请的可穿戴传感设备，应用pH检测芯片制备方法制备出的pH检测芯片100，使之相比之前的笨重的pH检测设备更加轻便也更容易携带。另外，可穿戴传感设备由于包括了上述任一实现方式中的pH检测芯片100，因此具有了上述任一项的pH检测芯片100的技术效果，在此不再赘述。
以上为本申请的较佳实施例，不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工作电极制备方法，用于制备工作电极，其特征在于，所述工作电极制备方法包括：
在0.8毫升至1.2毫升的溶剂中加入0.1克至1克聚乙烯醇粉末，并在第一温度为80摄氏度至100摄氏度下进行搅拌，获得第一溶液；
在所述第一溶液中加入0.01克至0.5克聚苯胺粉末，并搅拌，获得第二溶液；
取0.01毫升至0.5毫升所述第二溶液置于第一导电体上，并在第二温度为30摄氏度至120摄氏度，第一干燥时间为1小时至3小时内进行干燥，制得工作电极。
2.根据权利要求1所述的工作电极制备方法，其特征在于，第一温度为90摄氏度；和/或所述第二温度为80摄氏度。
3.根据权利要求1所述的工作电极制备方法，其特征在于，所述第二溶液的量为0.1毫升；和/或所述第一干燥时间为2小时。
4.根据权利要求1所述的工作电极制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇粉末选用0.2克；和/或所述聚苯胺粉末粉末选用0.1克。
5.一种pH检测芯片制备方法，用于制备pH检测芯片，其特征在于，所述pH检测芯片制备方法包括：
采用如权利要求1至4中任一项所述的工作电极制备方法制备工作电极；
制备对电极；
将所述工作电极与所述对电极分别连接于基底上；
将第一导线连接于所述工作电极上，且将第二导线连接于所述对电极上；
对所述基底进行封装，制备出所述pH检测芯片。
6.根据权利要求5所述的pH检测芯片制备方法，其特征在于，所述制备对电极，具体包括：
将导电金属悬浊液置于第二导电体上；
在温度为50摄氏度至80摄氏度，第二干燥时间为1小时至3小时进行干燥，制得所述对电极。
7.根据权利要求6所述的pH检测芯片制备方法，其特征在于，所述导电金属液悬浊液为银悬浊液或氯化银悬浊液。
8.根据权利要求6所述的pH检测芯片制备方法，其特征在于，所述干燥温度为70摄氏度；和/或所述第二干燥时间为2小时。
9.一种pH检测芯片，采用如权利要求6至8中任一项所述的pH检测芯片制备方法制备而成，其特征在于，所述pH检测芯片包括：
基板；
工作电极，设于所述基板上；
第一导线，与所述动作电极连接；
对电极，设于所述基板上；
第二导线，与所述对电极连接；
封装件，构造为封装所述基板。
10.一种可穿戴传感设备，其特征在于，包括：
设备本体；
如权利要求9所述的pH检测芯片，设于所述设备本体上。
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