【摘 要】
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石墨烯及其衍生物,由于具有高导电性、生物相容性和电学及电化学稳定性,被广泛的应用在电子皮肤、心电及脑电电极等可穿戴传感器领域。尤其,垂直生长的石墨烯薄膜有效解决石墨片的层层堆叠问题,而掺杂的方法可以调控石墨烯的费米能级,有望进一步提升石墨烯的电生理传感性能。本课题采用化学气相沉积技术合成了一系列硼和氮共掺杂垂直石墨烯（BNVG）电极,通过引入B-C、N-C、以及B-N-C等活性位点提高皮肤亲和力、
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石墨烯及其衍生物,由于具有高导电性、生物相容性和电学及电化学稳定性,被广泛的应用在电子皮肤、心电及脑电电极等可穿戴传感器领域。尤其,垂直生长的石墨烯薄膜有效解决石墨片的层层堆叠问题,而掺杂的方法可以调控石墨烯的费米能级,有望进一步提升石墨烯的电生理传感性能。本课题采用化学气相沉积技术合成了一系列硼和氮共掺杂垂直石墨烯（BNVG）电极,通过引入B-C、N-C、以及B-N-C等活性位点提高皮肤亲和力、汗液吸附能力及电化学活性,由此开发低头皮接触阻抗和脑电（EEG）高信噪比的BNVG电极及EEG帽。首先,采用化学气相沉积技术制备了一系列硼和氮共掺杂垂直石墨烯（BNVG）电极。通过调节B和N的掺杂比例发现,BNVG纳米片的生长方向不改变,但是其厚度及结晶度会受到影响。随着B和N流量的提高和甲烷流量的降低,BNVG纳米片中的B和N掺入量显著升高,B掺入量达到1.25～9.85at%,N掺杂含量为1.12～6.48 at%。其次,将B和N原子含量作为自变量,系统分析了实时头皮接触电阻、BNVG和商用电极之间的EEG相关系数（R）、以及EEG信号的SNR的变化规律。EEG信号分析表明,B含量为4.47 at%、N含量为3.18 at%的BNVG电极,具有相对低的头皮接触阻抗（4.47 kΩ）、高的R（99.45%）、高SNR（10.16 dB）以及长期稳定性,是头皮EEG信号采集的最佳电极。此外,使用19个优化的BNVG电极组装EEG帽,测试了自发及视觉诱发EEG信号的传感性能,获得了高SNR及精确的EEG信号,证明了其实际应用的可靠性。本文开发的BNVG电极及EEG帽,可应用于临床的EEG病理分析和视觉诱发的脑-机接口系统。
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