《Sensors and Actuators A: Physical》：Electrical and Thermo-mechanical Properties of Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene/Carbon Nanotube and Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene/Carbon Black Multipin Electrodes for Electroencephalography
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本研究针对柔性脑电图（EEG）电极在导电性、柔韧性和信号稳定性方面的挑战，开发了基于聚苯乙烯-嵌段-聚（乙烯-丁烯）-嵌段-聚苯乙烯（SEBS）与碳纳米管（CNT）或炭黑（CB）的复合材料电极。结果表明，SEBS/CNT复合材料在16 wt%填充量下电导率达1.26 S/m，接触阻抗为4.2±0.45 kΩ，性能优于SEBS/CB电极，为可穿戴医疗监测提供了高性能干电极新方案。
随着可穿戴电子技术的快速发展，脑电图（EEG）监测技术正从传统的实验室环境走向日常健康管理领域。然而，常规湿电极需要导电凝胶维持信号稳定性，存在使用不便、易引起皮肤过敏、凝胶干涸导致信号衰减等问题。半干电极虽能缓解部分问题，但仍依赖电解质界面，存在蒸发和材料降解风险。因此，开发完全无需凝胶的干式电极成为当前研究热点，其中柔性多针电极因其能有效穿透头发与头皮稳定接触而备受关注。
为突破这一技术瓶颈，加拿大魁北克大学高等技术学院的George Gnonhoue团队在《Sensors and Actuators A: Physical》发表研究，系统比较了以热塑性弹性体SEBS为基体、分别填充碳纳米管（CNT）与炭黑（CB）的复合材料在EEG电极中的应用潜力。研究发现，SEBS/CNT复合材料在低填充量下即可形成高效导电网络，其电导率显著优于SEBS/CB体系，且接触阻抗与商业电极相当，为长效、舒适的脑电监测提供了新材料解决方案。
本研究通过溶剂溶解法制备SEBS/CNT与SEBS/CB复合材料，采用介电谱分析电导率与频率响应，扫描电镜（SEM）观察填料分散形态，热重分析（TGA）验证填充量，动态热机械分析（DMTA）评估材料刚度，并利用OpenBCI系统进行头皮接触阻抗与眨眼诱发脑电信号的活体测试。
3.1 电学性能
SEBS/CNT复合材料的渗滤阈值低至2 wt%，在16 wt%填充量时电导率达1.26 S/m，而SEBS/CB体系需12 wt%才能形成导电网络，20 wt%时电导率仅0.01 S/m。CNT的高长径比与SEBS基体的π-π相互作用促进了均匀导电网络的形成，使电极在宽频范围内保持稳定导电性。
3.2 结构特性
SEM显示CNT在SEBS基体中分散均匀，而CB在20 wt%时出现团聚现象。尽管团聚可能通过颗粒接触增强局部导电性，但CNT的连续网络结构更有利于整体电学性能提升。
3.3 热机械性能
TGA证实复合材料在370°C以下保持热稳定，填充量与实际配比一致。DMTA表明SEBS/CNT的储能模量高于SEBS/CB，说明CNT在增强导电性的同时提高了材料刚度，需在柔性与稳定性间寻求平衡。
3.4 活体验证
在未预处理头皮条件下，SEBS/16 wt%CNT电极接触阻抗为4.2±0.45 kΩ，与商业多针电极（4.2±0.45 kΩ）相当，而SEBS/20 wt%CB电极阻抗略高（5.4±0.9 kΩ）。脑电信号记录显示，两种电极均能清晰捕捉睁眼-眨眼诱发的电位变化，但SEBS/CNT信号噪声更低，波形更稳定。
研究结论表明，SEBS/CNT复合材料凭借低渗滤阈值、高电导率和均匀的填料分散性，在干式EEG电极中展现出显著优势。多针结构设计有效提升了头皮接触稳定性，尤其适用于毛发密集区域。尽管CNT填充会增加材料刚度，但其优异的电学性能为高保真脑电信号采集提供了保障。未来通过优化CNT与CB的混合比例，有望进一步平衡电极的导电性、柔韧性和舒适度，推动可穿戴脑电设备在临床诊断与长期健康监测中的实际应用。
