一种ECG电极及其制备方法、电子设备与流程

一种ecg电极及其制备方法、电子设备
技术领域
1.本技术涉及材料技术领域，更具体的涉及一种ecg电极及其制备方法、电子设备。


背景技术：

2.现如今，智能手表、智能手环等电子设备不断发展，这些智能电子设备通常包括ecg(electrocardiography，心电图)电极，该ecg电极位于智能电子设备外壳上接触皮肤的位置，用于对穿戴该智能终端设备的人(或称为“被监测对象”)的心脏进行监测。ecg电极的基体材料通常选用不锈钢或钛合金，无论是不锈钢还是钛合金均具有硬度低且耐磨性差的缺陷。进而，会引出随着该电子设备的长时间使用，ecg电极可能会出现被磨损，甚至失效的现象，以使该电子设备失去监测心电图的功能。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种ecg电极，该ecg电极通过在电极基体的外表面镀掺杂类石墨碳膜的方式，使得该ecg电极在具有优良的导电性能的情况下，还兼具高硬度和高耐磨性。另外，本技术还提供了该ecg电极的制备方法以及使用该ecg电极的电子设备。
4.第一方面，本技术实施例提供一种ecg电极，包括电极基体和位于电极基体外表面的掺杂类石墨碳膜。掺杂类石墨碳膜包括类石墨碳以及掺杂在类石墨碳中的第一纳米晶和第二纳米晶。其中，类石墨碳包括碳元素且类石墨碳具有非晶碳结构。第一纳米晶包括弱碳元素，弱碳元素具有以金属单质形式存在的部分，且第一纳米晶包括柱状结构，柱状结构沿掺杂类石墨碳膜的厚度方向延伸。第二纳米晶包括强碳元素，强碳元素和类石墨碳内的碳元素通过化学键结合。相邻且间隔的所述柱状结构之间分布有所述第二纳米晶。
5.在上述技术方案中，类石墨碳(graphite-like carbon，简称glc)具有硬度高且耐磨性好的优点，但是其沿厚度方向上的导电性差。在类石墨碳的非晶碳结构中嵌入的柱状结构的第一纳米晶，用于增强类石墨碳在其厚度方向上的导电性。但同时，第一纳米晶的引入会降低类石墨碳内部的致密度与硬度，使得类石墨碳的硬度和耐磨性降低。在类石墨碳的非晶碳结构中和第一纳米晶的柱状结构中引入的第二纳米晶，用于增强掺杂类石墨碳膜的强度和耐磨性。
6.结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，弱碳元素包括如下材料中的一种或多种：cu、ag、au以及al。在上述技术方案中，所述弱碳元素不易与碳元素发生化学键结合，在类石墨碳中主要以金属单质的形式存在。金属cu、ag、au以及al的导电性能优异，所形成的第一纳米晶镶嵌在类石墨碳的非晶碳结构中，用于增强类石墨碳的导电性。
7.结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，掺杂类石墨碳膜包括朝向电极基体的第一表面和与第一表面相对的第二表面，沿从第一表面到第二表面的厚度方向，弱碳元素的原子百分比逐渐增大。在上述技术方案中，随着弱碳元素原子百分比的增大，第一纳米晶以柱状结构析出，柱状结构的第一纳米晶又称作柱状纳米。弱碳元素cu、ag、au、al的柱状纳米晶的导电性优异，可在类石墨碳中构
成纵向导电通道，从而增强类石墨碳沿其厚度方向的导电性，获得优良的ecg信号质量。
8.结合第一方面或第一方面的第一种至第二种实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，掺杂类石墨碳膜包括朝向电极基体的第一表面和与第一表面相对的第二表面，其中，靠近第一表面的第一纳米晶呈团簇状结构，靠近第二表面的第一纳米晶呈柱状结构。在上述技术方案中，靠近第一表面的弱碳元素的原子百分比较低，由弱碳元素所形成的第一纳米晶以团簇状结构析出。越靠近第二表面，弱碳元素的原子百分比越大，由弱碳元素所形成的第一纳米晶以柱状结构析出。
9.结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，第二纳米晶分布在多个团簇状结构和柱状结构之间。在上述技术方案中，第二纳米晶与第一纳米晶的分布方式有利于增强掺杂类石墨碳膜内部的结合力。同时，由于第二纳米晶属于硬质碳化物，第二纳米晶镶嵌在第一纳米晶的团簇状结构和柱状结构之间，有利于更好地增强掺杂类石墨碳膜整体的硬度。
10.结合第一方面或第一方面的第一种至第四种实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，强碳元素包括如下材料中的一种或多种：cr、w以及ti。强碳元素与类石墨碳中的碳元素通过化学键结合，生成第二纳米晶crc、wc以及tic，上述三种碳化物均属于硬质碳化物，具有高硬度、高耐磨性的优点。第二纳米晶镶嵌在类石墨碳的非晶碳结构中，用于提高类石墨碳膜的硬度，强化类石墨碳膜的耐磨性能。
11.结合第一方面或第一方面的第一种至第五种实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，掺杂类石墨碳膜包括朝向电极基体的第一表面和与第一表面相对的第二表面，沿从第一表面到第二表面的厚度方向，强碳元素的原子百分比逐渐减小。在上述技术方案中，可以使弱碳元素在靠近第二表面处维持相对较大的原子百分比，从而使掺杂类石墨碳膜在靠近第二表面处维持较好的电信号质量。此外，从第一表面到第二表面，强碳元素的原子百分比逐渐减小，而弱碳元素的原子百分比逐渐增大的互补设计有助于提高类石墨碳膜自身的结合力。
12.结合第一方面或第一方面的第一种至第六种实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，ecg电极还包括过渡层，过渡层位于电极基体与掺杂类石墨碳膜之间。在上述技术方案中，过渡层可以与电极基体之间以及与掺杂类石墨碳膜之间的原子相互扩散，从而用于提高电极基体与掺杂类石墨碳膜之间的结合力。
13.结合第一方面第七种实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，过渡层包括如下材料中的一种或多种：cr、w以及ti。所述过渡层材料选用与掺杂类石墨碳膜中的强碳元素相同的材料，用于进一步提高过渡层与掺杂类石墨碳膜之间的结合力。
14.第二方面，本技术实施例还提供一种电子设备，包括处理器和上述任一项实现方式的ecg电极，ecg电极用于接触被监测对象的皮肤，获取被监测对象的心电信号，并将所述心电信号传输给处理器；处理器用于对所述心电信号进行处理。其中，本技术第二方面提供的电子设备所能取得的效果可参见第一方面以及第一方面各种实施方案所对应的效果，在此不再赘述。
15.第三方面，本技术实施例还提供一种基于第一方面的ecg电极的制备方法，在电极基体的外表面溅射过渡层；在过渡层背离电极基体的表面溅射掺杂类石墨碳膜。掺杂类石墨碳膜包括类石墨碳以及嵌进类石墨碳中的第一纳米晶和第二纳米晶。类石墨碳包括碳元
素且类石墨碳具有非晶碳结构；第一纳米晶包括弱碳元素，弱碳元素具有以金属单质形式存在的部分，且第一纳米晶包括柱状结构，柱状结构沿掺杂类石墨碳膜的厚度方向延伸；第二纳米晶包括强碳元素，强碳元素和类石墨碳中的碳元素通过化学键结合；相邻且间隔的柱状结构之间分布有第二纳米晶。在上述技术方案中，在类石墨碳的非晶碳结构中嵌入的柱状结构的第一纳米晶，用于增强类石墨碳在其厚度方向上的导电性。同时，在类石墨碳的非晶碳结构中和第一纳米晶的柱状结构中引入的第二纳米晶，用于增强掺杂类石墨碳膜的强度和耐磨性。此外，可以采用物理气相沉积(physical vapor deposition，简称pvd)的方式对电极基体进行镀膜，采用pvd制备类石墨碳膜的方法操作简单，容易控制，方便推广使用。
16.结合第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，弱碳元素包括如下材料中的一种或多种：cu、ag、au以及al。掺杂类石墨碳膜包括朝向电极基体的第一表面和与第一表面相对的第二表面，沿从第一表面到第二表面的厚度方向，弱碳元素的原子百分比逐渐增大。靠近第一表面的第一纳米晶呈团簇状结构，靠近第二表面的第一纳米晶呈柱状结构。在上述技术方案中，弱碳元素cu、ag、au、al的柱状纳米晶的导电性优异，可在类石墨碳中构成纵向导电通道，从而增强类石墨碳沿其厚度方向的导电性，获得优良的ecg信号质量。
17.结合第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现方式中，强碳元素包括如下材料中的一种或多种：cr、w以及ti；掺杂类石墨碳膜包括朝向电极基体的第一表面和与第一表面相对的第二表面，沿从第一表面到第二表面的厚度方向，强碳元素的原子百分比逐渐减小；第二纳米晶分布在多个团簇状结构和柱状结构之间。在上述技术方案中，强碳元素cr、w以及ti与类石墨碳中的碳元素通过化学键结合，生成第二纳米晶crc、wc以及tic，上述三种碳化物均属于硬质碳化物，具有高硬度、高耐磨性的优点。第二纳米晶镶嵌在类石墨碳的非晶碳结构中，用于提高类石墨碳膜的硬度，强化类石墨碳膜的耐磨性能。同时，沿从第一表面到第二表面的厚度方向，强碳元素的原子百分比逐渐减小，可以使弱碳元素在靠近第二表面处维持相对较大的原子百分比，从而使掺杂类石墨碳膜在靠近第二表面处维持较好的电信号质量。此外，从第一表面到第二表面，强碳元素的原子百分比逐渐减小，而弱碳元素的原子百分比逐渐增大的互补设计有助于提高类石墨碳膜自身的结合力。
18.结合第三方面或第三方面的第一种至第二种中的任一种可能的实现方式，在第三方面的第三种可能的实现方式中，过渡层包括如下材料中的一种或多种：cr、w以及ti。在上述技术方案中，过渡层可以与电极基体之间以及与掺杂类石墨碳膜之间的原子相互扩散，从而用于提高电极基体与掺杂类石墨碳膜之间的结合力。
19.结合第三方面或第三方面的第一种至第三种中的任一种可能的实现方式，在第三方面的第四种可能的实现方式中，过渡层的厚度大于或等于0.2μm且小于或等于0.6μm，掺杂类石墨碳膜的厚度大于或等于1.0μm且小于或等于1.4μm。在上述技术方案中，过渡层与掺杂类石墨碳膜的厚度适中，使得ecg电极既可以在保证优良心电信号质量的同时，又可以延长其使用寿命，从而增强用户的使用体验。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例作简单地介绍，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术实施例所提供的电子设备100的结构示意图；
22.图2为本技术实施例所提供的ecg电极20的结构示意图；
23.图3为本技术实施例所提供的ecg电极20的制作工艺流程图。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和效果更加清楚，下面将结合具体实施例，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.下面结合各附图，对本技术的具体实施例进行描述。
26.请参阅图1，图1是本技术实施例提供的一种电子设备100结构示意图。电子设备100具有心电监测功能。具体的，该电子设备100可以为手机、掌上电脑(personal digital assistant,pda)、笔记本电脑、可穿戴设备等电子产品。可穿戴设备可以是智能手表、智能手环、智能眼镜、耳机等。本技术实施例以电子设备100是智能手表为例进行说明。
27.一些实施例中，电子设备100包括壳体10、ecg电极20以及处理器30。壳体10用于包容并保护电子设备100的内在部件(机芯、表盘、表针等)。壳体10可以是电子设备100的后壳，即用户佩戴时接触用户皮肤的一部分壳体，还可以是完整的壳体，本技术实施例对此不作限定。壳体10的材质可以为绝缘陶瓷，例如二氧化锆(zirconium dioxide，zro2)陶瓷。ecg电极20可镶嵌在壳体10上接触用户皮肤的位置。示例性的，ecg电极20可位于电子设备100的后壳位置，当用户佩戴电子设备100时，ecg电极20与用户的皮肤接触。ecg电极20用于接触被监测对象的皮肤，采集被监测对象的心电信号。在本技术实施例中，ecg电极20可以是圆环形状、多段式圆环形状(例如两段式、四段式圆环形状)等，ecg电极20还可以根据电子设备100的产品外形及壁厚等特征仿形设计得到。处理器30安装于壳体10的内侧。处理器30与ecg电极20通信连接，处理器30用于从ecg电极20处获取心电信号并对所述心电信号进行处理。具体的，例如对采集的心电信号进行滤波、放大、模数转换等，并最终生成心电图数据。
28.一些实施例中，电子设备100还包括存储器40，存储器40位于壳体10的内部，与处理器30通信连接。存储器40用于存储软件程序或代码，处理器30通过执行所述软件程序或代码实现对心电信号的处理。
29.一些实施例中，电子设备100还包括显示屏50。显示屏50固定于壳体10。显示屏50电连接处理器30，用于显示处理后的心电数据。用户可通过观看显示屏50的显示图案(例如心电图波形)获知自身的心电数据。显示屏50可为触摸显示屏。
30.一些实施例中，电子设备100还可以包括表冠60和按钮70。表冠60和按钮70可设置在前壳组件10上，前壳组件10包含于壳体10。表冠60和按钮70均可响应于用户的操作，执行某些功能。例如，表冠60用于调校日期和时间、上链；按钮70可响应于用户的手指按压操作，
显示主界面。示例性的，ecg电极20还可以位于表冠60的外侧或按钮70的外侧，用户可通过手指或身体其它部位接触表冠60或按钮70，以便ecg电极20采集心电信号。
31.在本实施例中，由于所述电子设备100体积小、方便携带，因此用户可随时佩戴所述电子设备100，并通过ecg电极20及时测量自身的实时心电数据，从而及时检测身体的健康情况。
32.请参阅图2，图2是ecg电极20的膜层结构示意图。一些实施例中，ecg电极20包括电极基体201和形成在电极基体201上的导电膜层，该电子设备100在使用时，导电膜层相对电极基体201靠近用户的皮肤。该ecg电极20既要具备导电性能，还要兼顾高硬度和高耐磨性，这样才能满足电子设备100在心电监测方面的使用性能。
33.本技术实施例提供了一种ecg电极20，该ecg电极20包括电极基体201，还包括位于电极基体201201外表面的掺杂类石墨碳膜202，掺杂类石墨碳膜202包括类石墨碳2020以及镶嵌在类石墨碳2020中的第一纳米晶2021和第二纳米晶2022。此外，掺杂类石墨碳膜202包括朝向电极基体201的第一表面1a，和与第一表面1a相对的第二表面1b。第一表面1a与第二表面1b所在的平面均大致垂直于掺杂类石墨碳膜202的厚度方向。
34.一种实施例中，电极基体201可以选用不锈钢、钛合金、铝合金或钨钢。电极基体201具有良好的导电性、且重量轻，有利于传输电信号，同时，可以实现产品轻量化。
35.类石墨碳(graphite-like carbon，简称glc)2020包括碳元素且该类石墨碳2020具有非晶碳结构。非晶碳结构是指类石墨碳2020中的碳原子的排列没有规律周期性，碳原子的排列从总体上是无规则的，但是，近邻的碳原子排列具有一定的规律的结构。类石墨碳2020具有硬度高、耐磨性能好的优点，但是其纵向导电性差，所述纵向导电性是指沿类石墨碳2020的厚度方向的导电性，类石墨碳2020的厚度方向等同于掺杂类石墨碳膜202的厚度方向。类石墨碳2020的纵向导电性差的原因是，类石墨碳2020的非晶碳结构包括大量的层状平面结构，所述层状平面结构相互之间保持平行，且垂直于类石墨碳2020的厚度方向。由于电子无法在层与层之间自由移动，因此与层状平面结构垂直的方向，即沿类石墨碳2020的厚度方向的电阻率高，表现为类石墨碳2020沿其厚度方向上的导电性能差。
36.一种实施例中，通过在类石墨碳2020的非晶碳结构中嵌入第一纳米晶2021，可以增强类石墨碳2020在其厚度方向上的导电性。具体表现为，第一纳米晶2021包括弱碳元素，弱碳元素是指与碳元素的亲和力弱，不易与碳元素发生化学键结合，进而很难形成碳化物的元素。示例性的，弱碳元素可以是cu、ag、au以及al。第一纳米晶2021包括至少一种弱碳元素，即第一纳米晶2021可以只包括弱碳元素cu或ag或au或al，也可以包括自由组合的两种或两种以上的上述弱碳元素。
37.弱碳元素不易与碳元素发生化学键结合，在非晶碳结构中主要以金属单质的形式存在，金属cu、ag、au以及al的导电性强，所形成的第一纳米晶2021镶嵌在类石墨碳2020的非晶碳结构中，用于增强类石墨碳2020的导电性。
38.进一步的，为了增强类石墨碳2020沿其厚度方向的导电性，可以控制弱碳元素的原子百分比沿从第一表面1a至第二表面1b的厚度方向逐渐增大。随着弱碳元素原子百分比的增大，第一纳米晶2021以柱状结构析出，且柱状结构的延伸方向为从第一表面1a至第二表面1b。柱状结构的第一纳米晶2021又称作柱状纳米晶。弱碳元素cu、ag、au、al的柱状纳米晶的导电性优异，可在类石墨碳2020中构成纵向导电通道，从而增强类石墨碳2020沿其厚
度方向的导电性，获得优良的ecg信号质量。
39.靠近第一表面1a的弱碳元素的原子百分比较低，由弱碳元素所形成的第一纳米晶2021以团簇状结构析出。越靠近第二表面1b，弱碳元素的原子百分比越大，由弱碳元素所形成的第一纳米晶2021以柱状结构析出。弱碳元素的原子百分比是指弱碳元素的原子数目与掺杂类石墨碳膜202中总的原子数目的比值，其中，总的原子数目是指碳原子的数目、弱碳元素的原子数目以及其它所有元素的原子数目的总和。
40.通过在非晶碳结构中嵌入第一纳米晶2021，可以使类石墨碳2020在其厚度方向上具有导电性，但同时，第一纳米晶2021的引入会降低类石墨碳2020内部的致密度，使得类石墨碳2020的硬度和耐磨性降低。为了保证类石墨碳2020的强度和耐磨性，可以向类石墨碳2020中引入第二纳米晶2022。
41.一种实施例中，通过在类石墨碳2020的非晶碳结构中嵌入第二纳米晶2022，可以增强类石墨碳2020的硬度和耐磨性能。具体表现为，第二纳米晶2022包括强碳元素，强碳元素是指与碳元素的亲和力强，容易与碳元素发生化学键结合，进而形成碳化物的元素。示例性的，强碳元素可以是cr、w以及ti。第二纳米晶2022包括至少一种强碳元素，即第二纳米晶2022可以只包括强碳元素cr或w或ti，也可以包括自由组合的两种或两种以上的上述强碳元素。强碳元素与类石墨碳2020中的碳元素通过化学键结合，生成第二纳米晶crc、wc以及tic，上述三种碳化物均属于硬质碳化物，具有高硬度、高耐磨性的优点。第二纳米晶2022镶嵌在类石墨碳2020的非晶碳结构中，用于提高掺杂类石墨碳膜202的硬度，强化掺杂类石墨碳膜202的耐磨性能。
42.一种实施例中，强碳元素的原子百分比沿从第一表面1a至第二表面1b的厚度方向逐渐减小。这种设计可以使弱碳元素在靠近第二表面1b处维持相对较大的原子百分比，从而使掺杂类石墨碳膜202在靠近第二表面1b处维持较好的电信号质量。此外，从第一表面1a到第二表面1b，强碳元素的原子百分比逐渐减小，而弱碳元素的原子百分比逐渐增大的互补设计有助于提高掺杂类石墨碳膜202自身的结合力。强碳元素的原子百分比是指强碳元素的原子数目与掺杂类石墨碳膜202中总的原子数目的比值，其中，总的原子数目是指碳原子的数目、强碳元素的原子数目以及其它所有元素的原子数目的总和。
43.一种实施例中，第二纳米晶2022分布在多个第一纳米晶2021的团簇状结构和柱状结构之间。第二纳米晶2022与第一纳米晶2021的分布方式有利于增强掺杂类石墨碳膜202内部的结合力。同时，由于第二纳米晶2022属于硬质碳化物，第二纳米晶2022镶嵌在第一纳米晶2021的团簇状结构和柱状结构之间，有利于更好地增强掺杂类石墨碳膜202整体的硬度。
44.综上，基于类石墨碳2020、以及共同嵌入类石墨碳2020中的第一纳米晶2021和第二纳米晶2022所组成的掺杂类石墨碳膜202，既可以保证掺杂类石墨碳膜202在其厚度方向上具有导电性，有可以保证掺杂类石墨碳膜202整体具有高硬度和高耐磨性。进而，使得ecg电极20既可以在保证优良心电信号质量的同时，又可以延长其使用寿命，从而增强用户的使用体验。
45.一种实施例中，ecg电极20还包括过渡层203。过渡层203位于电极基体201外表面和掺杂类石墨碳膜202之间。由于电极基体201与掺杂类石墨碳膜202的材质不同，二者之间的结合力较弱。过渡层203可以与电极基体201之间以及与掺杂类石墨碳膜202之间的原子
相互扩散，从而用于提高电极基体201与掺杂类石墨碳膜202之间的结合力。进一步的，为了增强掺杂类石墨碳膜202的附着效果，过渡层203的材料通常选用与强碳元素相同的材料，即，过渡层203包括如下材料中的一种或多种：cr、w以及ti。示例性的，过渡层203可以通过磁控溅射、电弧等离子体镀以及离子镀膜等镀膜方式附着在电极基体201的外表面。上述镀膜方式操作简单，容易控制，方便推广使用。
46.本技术实施例还提供了一种ecg电极20的制备方法，该ecg电极20包括电极基体201和位于电极基体201外表面的掺杂类石墨碳膜202，掺杂类石墨碳膜202包括类石墨碳2020以及掺杂在类石墨碳2020中的第一纳米晶2021和第二纳米晶2022，其中，类石墨碳2020包括碳元素且类石墨碳2020具有非晶碳结构；第一纳米晶2021包括弱碳元素，弱碳元素具有以金属单质形式存在的部分，且第一纳米晶2021包括柱状结构，柱状结构沿掺杂类石墨碳膜202的厚度方向延伸；第二纳米晶2022包括强碳元素，强碳元素和类石墨碳2020中的碳元素通过化学键结合。相邻且间隔的柱状结构之间分布有第二纳米晶2022。
47.一种实施例中，可以采用物理气相沉积(英文：physical vapor deposition，缩写pvd)的方式对电极基体201进行镀膜，所述pvd镀膜的过程包括，用高能粒子轰击靶材，使靶材中的原子溅射出来，进而沉积在电极基体201的外表面形成薄膜。其中，所述靶材是指镀在电极基体201外表面上的材料，在本技术实施例中，所述靶材包括高纯石墨或弱碳元素或强碳元素，用于形成类石墨碳2020或第一纳米晶2021或第二纳米晶2022。
48.图3为本技术实施例所提供的ecg电极20的制作方法的流程图，具体制作方法包括：
49.步骤s1：在电极基体201的外表面溅射、沉积过渡层203。过渡层203所使用的靶材，也即，强碳元素包括如下材料中的一种或多种：cr、w以及ti，过渡层203的沉积厚度为大于或等于0.2μm且小于或等于0.6μm。
50.步骤s2：在过渡层203背离电极基体201的外表面溅射、沉积掺杂类石墨碳膜202。在步骤s1过渡层203沉积完成后，逐渐降低过渡层203靶材的溅射功率，同时开启高纯石墨靶与弱碳元素靶并逐渐提高功率，弱碳元素靶所使用的材料包括如下元素中的一种或多种：cu、ag、au以及al，所述掺杂类石墨碳膜202的沉积厚度为大于或等于1.0μm且小于或等于1.4μm。
51.一种实施例中，ecg电极20的制备方法包括：
52.首先，采用超声波清洗对电极基体201表面进行除蜡和除油处理，再依次使用丙酮、酒精进行清洗、烘干，获得清洁的电极基体201表面；
53.接着，控制真空室内部压强为0.4pa，用氩气等离子体对上述清洁后的电极基体201表面进行预溅射清洗；
54.清洗完成后，对电极基体201进行pvd镀膜处理。以过渡层203采用cr，弱碳元素采用ag，强碳元素采用cr为例，首先开启cr靶，调节cr靶的溅射功率为30～65w，沉积10～20min，得到厚度大于或等于0.2μm且小于或等于0.6μm的cr过渡层203。过渡层203沉积完成后，调节cr靶功率从30w～65w逐渐降低至10w～35w，同时开启ag靶和高纯石墨靶，分别调节ag靶溅射功率从20w～70w逐渐提高至85w～150w，高纯石墨靶溅射功率从150w～250w逐渐提高至350w～400w，最终得到厚度大于或等于1.0μm且小于或等于1.4μm的掺杂类石墨碳膜202。
55.请参照表1，表1为改变弱碳元素、强碳元素以及过渡层203的元素种类或元素种类的数量，所得到的掺杂类石墨碳膜202的多个实施例及其测试数据。所述测试数据包括了直流失调电压、复合失调不稳定性和内部噪声、硬度以及磨损率。
56.需要说明的是，本技术实施例中，对ecg电极20的电信号质量的测试参照国标《yy/t0196-2005一次性使用心电电极》。测试仪器为yice0196心电电极电性能测试仪，采用符合yy/t 0196-2005标准的测试电路。测试环境温度为23
±
5℃，相对湿度40％
±
10％。本测试选取直流失调电压、复合失调不稳定性和内部噪声作为衡量镀膜金属电极的ecg信号质量指标，每种受试电极不少于25对。具体测试方式如下：
57.直流失调电压：使用两个胶对胶电极和一个最小输入阻抗10mω、分辨率1mv或更高的直流伏特计组成回路进行测量。参照国标对电极的性能要求，在1min稳定期过后，直流失调电压应不大于100mv。
58.复合失调不稳定性和内部噪声：参照国标对电极的性能要求，在1min稳定期过后，在0.15hz～100hz的频带(一阶频响)下产生的电压，在随后5min内应不大于150μv(峰-峰)。
59.此外，对多个实施例中的掺杂类石墨碳膜202的硬度和耐磨性能的测试方法如下：
60.硬度：采用纳米压痕仪进行测量。
61.磨损率：利用台阶轮廓仪测绘磨痕截面轮廓并计算得出比磨损率w，w＝(a
×
d)/(p
×
l)，(a为磨痕截面面积；d为往复运动滑移距离；p为法向加载载荷；l为摩擦过程的总行程)。
[0062][0063]
表1
[0064]
从表1的数据可以看出，与不掺杂弱碳元素的第16种和第17种掺杂类石墨碳膜比较可知，掺杂了弱碳元素的第1-15种掺杂类石墨碳膜中的直流失调电压、复合失调不稳定性和内部噪声显著降低，说明弱碳元素所形成的第一纳米晶2021对改善类石墨碳2020的导电性能具有明显的效果；与不掺杂强碳元素的第18种掺杂类石墨碳膜比较可知，第1-15种掺杂类石墨碳膜的硬度更高且磨损率更低，说明强碳元素所形成的第二纳米晶2022对改善掺杂类石墨碳膜202的硬度和耐磨性具有显著效果。
[0065]
采用本技术实施例所提供的ecg电极的制备方法，随着掺杂类石墨碳膜中弱碳元素的原子百分比的增大，弱碳元素所形成的第一纳米晶先以团簇状结构析出，直至生成贯穿掺杂类石墨碳膜的柱状结构的第一纳米晶，从而可以在掺杂类石墨碳膜中构成稳定的纵向导电通道，用于增强掺杂类石墨碳膜在其厚度方向上的导电性。同时，强碳元素与类石墨碳中的碳元素发生化学键结合，生成第二纳米晶，镶嵌在类石墨碳和第一纳米晶之间，用于提高掺杂类石墨碳膜的致密度与硬度，强化耐磨性能。因此，通过在类石墨碳中镶嵌第一纳米晶和第二纳米晶，可以增强类石墨碳的导电性能和硬度、耐磨性，从而获取兼具优良ecg信号质量和较高的硬度与耐磨性能的ecg电极。
[0066]
以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实
施例对本技术进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。