电极及其制备方法和电子设备

1.本技术属于电子产品技术领域，具体涉及电极及其制备方法和电子设备。


背景技术：

2.随着科技的不断发展，智能手表、智能手环等电子设备层出不穷，越来越多的电子设备具有检测用户心率、血氧、睡眠、压力等多种生理参数的功能。然而目前在检测过程中，电子设备与用户皮肤之间的阻抗较大，使得检测信号噪声大，从而影响检测结果的准确性。


技术实现要素：

3.鉴于此，本技术提供了一种电极及其制备方法和电子设备。
4.第一方面，本技术提供了一种电极，包括依次层叠设置的打底层、碳化钨层和掺钨类金刚石层。
5.第二方面，本技术提供了一种电极的制备方法，包括通过沉积的方法形成打底层、碳化钨层和掺钨类金刚石层，所述打底层、所述碳化钨层和所述掺钨类金刚石层依次层叠设置，得到电极。
6.第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括电子设备主体，所述电子设备主体包括电极，所述电极包括依次层叠设置的打底层、碳化钨层和掺钨类金刚石层。
7.本技术提供的电极与皮肤之间的接触阻抗小、耐腐蚀性能优异，同时掺钨类金刚石层表面耐磨，提高了电极的耐磨性能，并且打底层、碳化钨层以及掺钨的设置保证了电极结构的稳定性和可靠性；该电极的制备方法简单，操作方便、制备良率高；具有该电极的电子设备能够对目标对象的生理参数进行检测，电子设备与目标对象的皮肤之间接触阻抗低，降低检测噪声，从而保证了检测结果的准确性，同时耐腐蚀性能和耐磨性能佳，提高了使用寿命，提高电子设备的产品竞争力。
附图说明
8.为了更清楚地说明本技术实施方式中的技术方案，下面将对本技术实施方式中所需要使用的附图进行说明。
9.图1为本技术一实施方式提供的电子设备的结构示意图。
10.图2为本技术另一实施方式提供的电子设备的结构示意图。
11.图3为本技术一实施方式提供的电子设备主体的结构示意图。
12.图4为图3中a-a的截面示意图。
13.图5为本技术一实施方式提供的电极的截面示意图。
14.图6为本技术另一实施方式提供的电极的截面示意图。
15.图7为本技术一实施方式提供的电极的制备方法流程图。
16.图8为本技术一实施方式提供的电子设备主体的制备方法流程图。
17.图9为实施例1制得的电极中掺钨类金刚石层的表面形貌电镜图。
18.图10为实施例1制得的电极截面的电镜图。
19.图11为实施例2制得的电极中掺钨类金刚石层的表面形貌电镜图。
20.图12为实施例2制得的电极截面的电镜图。
21.图13为实施例1和实施例2制得的电极的x射线衍射图。
22.图14为实施例1和实施例2制得的电极表面的摩擦系数检测结果图。
23.图15为实施例1和实施例2制得的电极表面的磨损痕迹检测结果图。
24.图16为实施例1制得的电极的掺钨类金刚石层表面的拉曼图谱。
25.图17为实施例2制得的电极的掺钨类金刚石层表面的拉曼图谱。
26.图18为实施例1制得的电极的交流阻抗图谱。
27.图19为实施例2制得的电极的交流阻抗图谱。
28.标号说明：
29.电极-10，打底层-11，碳化钨层-12，掺钨类金刚石层-13，基体-14，壳体-20，凸出部-21，显示屏-30，电子设备主体-100，穿戴部-200，第一穿戴结构-201，第二穿戴结构-202，电子设备-300。
具体实施方式
30.以下是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本技术的保护范围。
31.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
32.本技术实施方式中的电子设备300可以为检测目标对象生理参数的装置；生理参数可以但不限于为心率、血氧、睡眠、压力、呼吸、运动等。具体的，电子设备300可以通过电极10进行信号采集等，再通过其他电子元器件的参与获得所需的生理参数。当然，电子设备300还可以具有接打电话、收发短信、拍照、录像、音乐播放、支付、身份验证、监测、紧急呼救、提醒、定位、导航、校准、智能防丢等多种功能，在此不一一列举。具体的，电子设备300可以但不限于为手机、平板电脑、笔记本电脑、mp3、mp4、gps导航仪、数码相机、手表(如智能手表)、手环(如智能手环)、脚环(如智能脚环)、指环(如智能指环)、眼镜(如智能眼镜)等。
33.在本技术一实施方式中，电子设备300可以为可穿戴设备，如手表、手环、脚环、指环、眼镜等，从而更加方便使用。请参阅图1，为本技术一实施方式提供的电子设备的结构示意图；请参阅图2，为本技术另一实施方式提供的电子设备的结构示意图，其中电子设备300包括电子设备主体100，通过电子设备主体100实现电子设备300的功能。图1和图2中示出的电子设备300为智能手表和/或智能手环，对于其他类型的电子设备300的结构示意图不在一一示出。
34.在本技术实施方式中，电子设备主体100包括电极10，通过电极10进行信号采集，
以实现目标对象生理参数的检测。可以理解的，电子设备主体100上电极10的数量可以为一个或多个，具体数量根据检测需要进行设定，电子设备主体100的形状根据需要进行选择。请参阅图3，为本技术一实施方式提供的电子设备主体的结构示意图，其中电子设备主体100可以包括壳体20，电极10可以设置在壳体20的表面。具体的，为了实现电极10与目标对象的接触，电极10需要设置在壳体20的外表面。在一实施例中，壳体20的材质包括玻璃、塑胶、金属和陶瓷中的至少一种。上述材质的壳体20既可以对电极10起到很好的承载作用，又可以保证电子设备主体100结构的强度以及使用性能。具体的，壳体20的材质可以但不限于为不锈钢、钛合金等。在一实施例中，请参阅图3，壳体20可以具有凸出部21，电极10设置在凸出部21的表面，如此更有利于电极10与目标对象的接触，进行信号采集。具体的，凸出部21的横截面可以但不限于为圆形、椭圆形、矩形、圆角矩形或不规则图形等。
35.请参阅图4，为图3中a-a的截面示意图，电子设备主体100可以包括显示屏30，显示屏30与壳体20连接。其中，显示屏30可以但不限于显示获得的生理参数值，显示屏30与壳体20连接形成容纳空间，可以容纳电子元器件。具体的，显示屏30可以为触摸屏，显示屏30的形状可以但不限于为圆形、椭圆形、类圆形、圆角矩形等。当然，电子设备300也可以不设置显示屏30，例如壳体20具有容纳空间，用于容纳电子元器件。
36.在本技术一实施例中，电子设备主体100还可以包括电路板和控制主板，电路板和控制主板设置在电子设备主体100的容纳空间中。可以理解的，该容纳空间可以是壳体20形成的，也可以是壳体20和显示屏30共同形成的。进一步的，电极10通过电路板与控制主板相连。具体的，电子设备300可以对目标对象进行ecg(electrocardiogram，心电图)检测，当目标对象佩戴电子设备300时，电子设备300的电极10可以与目标对象的皮肤，如手腕、手臂、脚腕、脖颈等相接触，通过与电子设备主体100中的其他电子元器件的配合实现心电图检测，获得目标对象的心率等参数；例如，电极10采集到的生理参数相关的电信号通过电路板传输至控制主板，控制主板根据该电信号形成心电图；进一步的，可以通过显示屏30显示心电图或者心率等生理参数。上述仅示例性的示出了一种获得生理参数的过程，当然还可以通过其他过程获得所需的生理参数，对此并不限定。
37.在本技术一实施例中，电子设备主体100还可以包括至少一个传感器。传感器可以被配置为感测一个或多个类型的参数，可以但不限于为压力、光、热、移动、相对运动等。例如，传感器可包括压力换能器、光或光学传感器、热传感器、位置传感器、加速度计、陀螺仪、磁力仪等。通过设置传感器，可以与电极10采集的信号信息配合使用，更加丰富目标对象的生理参数；例如，可以通过位置传感器以及电极10采集的信号，经过处理后可以获得目标对象的运动轨迹以及在运动过程中心率变化情况等。
38.请参阅图1，电子设备300还可以具有穿戴部200，穿戴部200与电子设备主体100连接。通过设置穿戴部200使电子设备300佩戴在目标对象上，如目标对象的手部、头部、脚部、颈部等，从而获得可穿戴设备。具体的，穿戴部200可以为机械结构件，也可以具有粘接性，从而使电子设备300佩戴在目标对象上；例如，穿戴部200可以但不限于为表带或腕带等。在一实施例中，穿戴部200的材质可以包括金属材料、柔性塑料和纤维材料中的至少一种构成。请参阅图2，穿戴部200可以包括第一穿戴结构201和第二穿戴结构202，第一穿戴结构201和第二穿戴结构202分别与电子设备主体100连接。具体的，第一穿戴结构201和第二穿戴结构202的端部可以设置有扣合件，以使第一穿戴结构201和第二穿戴结构202连接；例如
在佩戴电子设备300时扣合件扣合，打开扣合件可以将电子设备300取下。本技术并不对穿戴部200的材料、结构、设置方式、形状予以限制，只需要能够使电子设备300较为稳固的固定在目标对象上即可。
39.传统方法中，最常用于心电图监测的心电电极是带有导电凝胶的ag/agcl电极，属于湿电极，检测信噪比高，同时导电凝胶对皮肤有刺激性，而且会慢慢变干，从而影响心电图监测。上述本技术提供的电子设备300可以实现对目标对象的生理参数的检测，电子设备300中的电极为生物干电极，无需导电凝胶的使用，即可进行信号的采集，同时整体结构也更加小型化，使用更加方便。由于干电极无需配合导电凝胶使用，与皮肤接触时需要靠微量的汗液或者环境水汽充当电解质，但电极与皮肤之间接触阻抗大，信噪比低；并且干电极与皮肤直接接触，皮肤表面的汗液对干电极有一定的腐蚀作用并产生电化学噪声干扰信号采集。例如，不锈钢干电极与汗液接触一段时间后会被腐蚀而产生电化学噪声。
40.因此，本技术提供了一种电极10，请参阅图5，为本技术一实施方式提供的电极的截面示意图，电极10包括依次层叠设置的打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13。本技术提供的电极10在使用时掺钨类金刚石层13与皮肤接触，金刚石层中通过掺杂钨元素从而生成碳化钨微晶相，从而减少非晶碳基网络中碳配位原子数，导致无定性碳网络中sp2杂化键含量增加，提高了膜层的导电性，从而降低了接触阻抗，电极10的耐腐蚀性能优异，避免了腐蚀噪声的产生，提高了检测的准确度，同时打底层11、碳化钨层12和掺钨的设置保证了电极10结构的稳定性和可靠性，尤其是在类金刚石中掺杂钨元素，降低了掺钨类金刚石层13的内部应力，提高了与碳化钨层12之间的结合力，并且该电极10在使用过程中无需使用导电凝胶，避免了对皮肤的刺激。由打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13组成的膜层的导电性高，接触阻抗低，同时耐腐蚀性和耐磨性佳，本技术提供了该膜层在电极10中的应用，从而改善电极10的性能，有利于电极10的使用，尤其满足了心电信号采用的要求。本技术提供的电极10可以用于上述电子设备300中，提高电子设备300的检测性能，有利于电子设备300使用。
41.请参阅图6，为本技术另一实施方式提供的电极的截面示意图，电极10还可以包括基体14，打底层11设置在基体14和碳化钨层12之间。基体14可以对打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13起到承载的作用。在本技术实施方式中，基体14的材质可以包括玻璃、塑胶、金属和陶瓷中的至少一种。具体的，基体14的材质可以但不限于为不锈钢、钛合金等。在本技术一实施例中，基体14的材质包括金属。金属容易被氧化、腐蚀等，通过设置打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13，可以对基体14起到保护作用，避免腐蚀噪声的影响，提高电极10的使用寿命以及检测的准确度。此时，打底层11起到过渡、缓冲的作用，避免直接在基体14上设置碳化钨层12和掺钨类金刚石层13导致的内部应力过大、易脱落的问题，提高了电极10整体结构的稳定性。当然，电极10可以不设置基体14，打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13可以直接设置在壳体20表面，壳体20起到承载的作用，省去了基体14的使用。在一实施例中，打底层11设置在壳体20和碳化钨层12之间。
42.在本技术实施方式中，打底层11的材质包括铬。在本技术一实施例中，打底层11为铬层。通过设置上述打底层11，有利于碳化钨层12和掺钨类金刚石层13的成型，提高电极10中碳化钨层12和掺钨类金刚石层13的结合性能。在本技术中，铬层会形成粗大的柱状晶，通过设置碳化钨层12可以打断柱状晶的生长而细化晶粒，提高掺钨类金刚石层13在电极10中
的结合力。在本技术实施方式中，打底层11的厚度为0.1μm-2μm；如此，既能够保证碳化钨层12和掺钨类金刚石层13的附着，同时又不会过多增加电极10厚度。具体的，打底层11的厚度可以但不限于为0.1μm、0.5μm、0.6μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.5μm或1.8μm等。在一实施例中，打底层11的厚度可以为0.1μm-1μm。在另一实施例中，打底层11的厚度可以为0.1μm-0.5μm。在本技术一实施例中，打底层11的厚度小于碳化钨层12的厚度。
43.在本技术中，碳化钨层12起到过渡的作用，提高掺钨类金刚石层13在电极10中附着力，同时碳化钨层12的设置也有利于降低电极10的阻抗。在本技术实施方式中，碳化钨层12的厚度为0.1μm-2μm。如此，有利于进一步提高掺钨类金刚石层13在电极10中的结合性能，保证电极10整体结构的稳定性，同时有利于电极10阻抗的降低。具体的，碳化钨层12的厚度可以但不限于为0.1μm、0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.5μm、1.7μm或2μm等。在一实施例中，碳化钨层12的厚度可以为0.1μm-1μm。在另一实施例中，掺钨类金刚石层13的厚度可以为1μm-2μm。
44.在本技术中，掺钨类金刚石层13的设置避免了类金刚石层内应力大、结合力差的问题，同时掺杂的钨元素减少了碳的配位原子数，配位原子数的减少以及局部碳密度的降低导致了sp2杂化键含量的提高，从而增加了掺钨类金刚石层13的导电性，降低了电极10的接触阻抗；并且钨元素的掺杂也提高了耐磨性能。在本技术实施方式中，沿碳化钨层12至掺钨类金刚石层13的方向上，掺钨类金刚石层13中的钨元素含量逐渐减少。掺钨类金刚石层13中钨元素含量的逐渐变化有利于进一步缓解内应力，提高结合性能，同时也有助于进一步降低电极10的接触阻抗，更有利于电极10的使用。
45.在本技术实施方式中，掺钨类金刚石层13中的钨元素含量小于20at.％；如此，有利于保证掺钨类金刚石层13的耐腐蚀和耐磨性能，提升电极10的使用寿命。进一步的，掺钨类金刚石层13中的钨元素含量大于5at.％且小于20at.％；如此，有利于进一步降低电极10的接触电阻，进一步提高耐磨和耐腐蚀性能。具体的，掺钨类金刚石层13中的钨元素含量可以但不限于为6at.％、7at.％、8.5at.％、9at.％、10at.％、12.8at.％、15at.％、17.2at.％或19.5at.％等。
46.在本技术实施方式中，掺钨类金刚石层13的厚度为0.3μm-2μm。上述厚度的掺钨类金刚石层13进一步保证了电极10的耐磨性和耐腐蚀性能，同时有利于接触阻抗的降低。具体的，掺钨类金刚石层13的厚度可以但不限于为0.5μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm或2μm等。在一实施例中，掺钨类金刚石层13的厚度可以为0.5μm-1μm。在另一实施例中，掺钨类金刚石层13的厚度可以为1μm-2μm。
47.在本技术实施方式中，掺钨类金刚石层13的厚度大于或等于碳化钨层12的厚度；如此，既能够保证掺钨类金刚石层13的结合性能，同时又有利于降低电极10的接触电阻。在本技术一实施例中，掺钨类金刚石层13和碳化钨层12的厚度比为1-3。既有利于提高电极10中掺钨类金刚石层13的结合力，尤其提高电极10边缘区域中碳化钨层12和掺钨类金刚石层13之间的结合力，同时也有助于进一步降低电极10与皮肤之间的接触阻抗。具体的，掺钨类金刚石层13和碳化钨层12的厚度比可以但不限于为1、1.5、1.8、2、2.3、2.5、2.7或3等。进一步的，掺钨类金刚石层13和碳化钨层12的厚度比可以为1.5-3。
48.在本技术实施方式中，电极10的厚度为1μm-5μm。该电极10厚度薄，可以具有一定的柔性，有助于电极10贴合在皮肤表面进行使用。具体的，电极10的厚度可以但不限于为1μ
m、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等。在一实施例中，电极10的厚度可以为1μm-3μm。在另一实施例中，电极10的厚度可以为2.5μm-5μm。
49.在本技术实施方式中，电极10的腐蚀电位为-200mv～-150mv，腐蚀电流密度为5
×
10-8
a/cm
2-15
×
10-8
a/cm2，10hz条件下的阻抗为500ω-1300ω。具体的，电极10的腐蚀电位可以但不限于为-200mv、-190mv、-180mv、-170mv或-150mv等，腐蚀电流密度可以但不限于为5
×
10-8
a/cm2、8
×
10-8
a/cm2、10
×
10-8
a/cm2、13
×
10-8
a/cm2或15
×
10-8
a/cm2等，10hz条件下的阻抗可以但不限于为500ω、600ω、800ω、1000ω、1200ω或1300ω。在一实施例中，上述电极10的性能为打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13形成的膜层的性能。在本技术实施方式中，用导电胶把导线连接在电极10的基体14上，并用绝缘胶涂敷电极10表面，留出1cm
×
1cm电极10区域；用电化学工作站在电解池(电解质为0.9％生理盐水)中进行电化学阻抗测试和极化曲线测试，参比电极为ag/agcl电极。
50.本技术提供的电极10的阻抗小，耐磨性能和耐腐蚀性能优异，提高了检测的准确性，又提高了使用寿命，有利于其在电子设备300中使用。
51.本技术还提供了一种电极10的制备方法，包括：通过沉积的方法形成打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13，打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13依次层叠设置，得到电极10。该制备方法简单、操作方便，可以实现电极10的工业化生产，并且该制备方法可以制得上述任一实施方式中的电极10，电极10的电化学性能优异，有利于其使用。
52.在本技术中，采用沉积的方法制备电极10。在本技术实施方式中，沉积包括物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)中的至少一种。物理气相沉积是以物理机制进行薄膜沉积的方式，化学气相沉积是利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上发生反应生成固态沉积物的方式。在一实施例中，物理气相沉积可以包括真空蒸镀、溅射、离子镀等。具体的，溅射可以包括直流溅射、交流溅射、反应溅射和磁控溅射等，其中根据磁控阴极的磁场位形分布的不同，可以分为平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射。在另一实施例中，化学气相沉积法可包括等离子体化学气相沉积法、热化学气相沉积法、光化学气相沉积法等。通过上述沉积方法制备的电极10内部结合力强，可靠性高。
53.请参阅图7，为本技术一实施方式提供的电极的制备方法流程图，包括：
54.s101：在基体表面沉积打底层。
55.s102：在打底层远离基体的表面沉积碳化钨层。
56.s103：在碳化钨层远离打底层的表面沉积掺钨类金刚石层，得到电极。
57.在本技术中，采用基体14作为承载层，在其表面沉积打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13，从而获得电极10。具体的，可以采用上述提到的沉积的方法进行打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13的制备。在本技术实施方式中，在沉积前还包括对基体14进行清洗处理。进一步的，在基体14清洗前还包括抛光处理。具体的，基体14可以采用电化学抛光，抛光后可以进行超声清洗，如超声清洗15min-20min，可以在水中进行超声清洗，也可以在乙醇溶液中进行超声清洗。
58.在本技术实施方式中，在沉积之前还包括对基体14进行氩离子清洗。具体的，通过氩离子轰击基体14表面，进行清洗以及去除表面钝化膜。在本技术一实施例中，在真空度小于或等于2.5
×
10-5
torr、基体14的偏压为-300v～-700v条件下对基体14进行轰击。进一步的，氩气流量为15sccm-25sccm，轰击时间为10min-35min。具体的，氩气流量可以但不限于
为15sccm、18sccm、19sccm、20sccm、22sccm或25sccm等，轰击时间可以但不限于为10min、15min、17min、20min、24min、25min、28min、30min或33min等。在一实施例中，在真空度小于或等于2.5
×
10-5
torr、基体14的偏压为-300v～-500v、氩气流量为20sccm-25sccm条件下对基体14轰击20min-30min。
59.在本技术中，基体14可以在沉积过程中旋转，如此可以提高基体14表面沉积的膜层的均匀性。在本技术实施方式中，基体14的转速可以为3rpm/min-10rpm/min。具体的，基体14的转速可以但不限于为3rpm/min、4rpm/min、5rpm/min、6pm/min、7rpm/min、8rpm/min或9rpm/min等。
60.在本技术实施方式中，沉积采用的靶材的纯度大于或等于99％。进一步的，沉积采用的靶材的纯度大于或等于99.9％。再进一步的，沉积采用的靶材的纯度大于或等于99.99％。采用上述纯度的靶材可以有效避免杂质对电极10性能的影响。在一实施例中，可以采用铬靶制备打底层11；可以采用钨靶和石墨靶、碳化钨靶，或钨靶和气态碳源(如甲烷、乙炔等)制备碳化钨层12；可以采用钨靶和石墨靶、碳化钨靶和气态碳源，或钨靶和气态碳源制备掺钨类金刚石层13，上述靶材的纯度大于或等于99.9％。
61.在本技术实施方式中，沉积的压强可以为4
×
10-4
torr-9
×
10-4
torr。具体的，沉积的压强可以但不限于为4
×
10-4
torr、5
×
10-4
torr、6
×
10-4
torr、7
×
10-4
torr、8
×
10-4
torr或9
×
10-4
torr等。在本技术实施方式中，沉积时惰性气体的流量为15sccm-30sccm。在沉积过程中通入惰性气体可以防止氧化的发生，同时惰性气体可以保持沉积的压强，并且还可以对沉积过程中产生的粒子发生碰撞，影响薄膜的沉积，采用上述流量的惰性气体，保证了薄膜的适宜的沉积速率以及所需的薄膜形貌。具体的，沉积时惰性气体的流量可以但不限于为15sccm、17sccm、20sccm、23sccm、25sccm、28sccm或30sccm等，惰性气体可以但不限于为氩气。在本技术实施方式中，沉积时对基体14施加偏压。进一步的，偏压为-200v-0。再进一步的，偏压为-80v～-60v。具体的，偏压可以但不限于为-80v、-75v、-70v、-65v或-60v等。
62.在s101中，先在基体14上沉积打底层11，以便于碳化钨层12和掺钨类金刚石层13的结合。在本技术实施方式中，采用磁控溅射沉积打底层11。进一步的，采用非平衡磁控溅射沉积打底层11。在本技术一实施例中，采用磁控溅射，以铬靶为靶材沉积打底层11。如此可以制得含铬的打底层11，即铬层。进一步的，铬靶的靶功率为50w-1500w和/或铬靶的靶电流为0.1a-10a。在一实施例中，铬靶的靶功率为50w-1500w；也就是说，可以将铬靶安装在射频靶位上。在另一实施例中，铬靶的靶电流为0.1a-10a；也就是说，铬靶可以安装在直流靶位上。在又一实施例中，设置两个铬靶，其中一个安装在射频靶位，靶功率为50w-1500w，另一个安装在直流靶位上，靶电流为0.1a-10a，如此提高制备效率。具体的，铬靶的靶功率可以但不限于为100w、300w、500w、750w、900w、1100w或1350w等，铬靶的靶电流可以但不限于为1a、3a、5a、6a、8a或10a等。在本技术实施方式中，打底层11沉积的时间可以为30min-60min。具体的，打底层11沉积的时间可以但不限于为30min、35min、40min、45min或55min等。在一实施例中，采用磁控溅射，以铬靶为靶材，以惰性气体为工作气体，沉积形成打底层11；铬靶的靶功率为50w-1500w和/或铬靶的靶电流为0.1a-10a，惰性气体的流量为15sccm-30sccm，沉积的时间为20min-45min。进一步的，采用非平衡磁控溅射沉积打底层11。
63.在s102中，通过设置碳化钨层12提高掺钨类金刚石层13的结合力，同时降低电极10的阻抗。在本技术实施方式中，采用磁控溅射沉积形成碳化钨层12。进一步的，采用非平
衡磁控溅射沉积形成碳化钨层12。在本技术一实施例中，采用磁控溅射，以碳化钨靶为靶材沉积形成碳化钨层12。进一步的，碳化钨靶的靶电流小于或等于10a。在一实施例中，碳化钨靶的靶电流为0.1a-10a。具体的，碳化钨靶的靶电流可以但不限于为1a、2a、5a、7a、8a或10a等。在本技术实施方式中，碳化钨层12沉积的时间可以为30min-60min。具体的，碳化钨层12沉积的时间可以但不限于为30min、35min、40min、45min、50min或55min等。在本技术一实施例中，在沉积碳化钨层12的过程中，碳化钨靶的靶电流逐渐增加。进一步的，碳化钨靶的靶电流逐渐增加，再保持不变。再进一步的，碳化钨靶的靶电流逐渐增加，再保持不变，铬靶的靶电流逐渐降低。如此，可以降低内部应力，提高结合力。
64.在s103中，通过在碳化钨层12表面沉积掺钨类金刚石层13，有利于提高掺钨类金刚石层13的结合力，同时掺杂钨元素，降低了掺钨类金刚石层13内部的应力，进一步提高结构的稳定性。
65.在本技术实施方式中，采用磁控溅射沉积掺钨类金刚石层13。进一步的，采用非平衡磁控溅射沉积掺钨类金刚石层13。在本技术一实施例中，采用磁控溅射，以碳化钨靶和石墨靶为靶材沉积形成所述掺钨类金刚石层13。进一步的，碳化钨靶的靶电流逐渐减小，石墨靶的靶电流逐渐增加至0.1a-10a，可以进一步缓解内部应力，提高附着力。再进一步的，碳化钨靶的靶电流逐渐减小至0.1a-1.5a。具体的，石墨靶的靶电流可以但不限于为增加至0.5a、2a、5a、7a、8a或10a等。在本技术另一实施例中，采用磁控溅射，以碳化钨靶为靶材、气态碳源为工作气体沉积形成掺钨类金刚石层13。进一步的，碳化钨靶的靶电流逐渐减小至0.1a-5a，气态碳源的流量为5sccm-30sccm，可以进一步缓解内部应力，提高附着力。具体的，气态碳源的流量可以但不限于为5sccm、10sccm、15sccm、20sccm、25sccm或30sccm等。在本技术实施方式中，掺钨类金刚石层13沉积的时间可以为30min-150min。具体的掺钨类金刚石层13沉积的时间可以但不限于为30min、50min、60min、90min、100min、120min或150min等。
66.在本技术中，溅射电源可以至直流电源，也可以为射频电源，具体根据需要进行选择。在一实施例中，射频电源功率可以为50w-600w。具体的，射频电源功率可以但不限于为50w、100w、200w、300w、400w、500w或600w等。
67.可以理解的，本技术以磁控溅射的沉积方法为示例介绍了电极10的制备方法，当然也可以采用其他物理气相沉积或化学气相沉积的方式制备本技术保护的打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13组成的电极10，这些同样在本技术的保护范围内。
68.请参阅图8，为本技术一实施方式提供的电子设备主体的制备方法流程图，包括：
69.s201：在壳体表面沉积打底层。
70.s202：在打底层远离基体的表面沉积碳化钨层。
71.s203：在碳化钨层远离打底层的表面沉积掺钨类金刚石层，得到电子设备主体。
72.在本技术中，采用上述制备方法制备电极10的同时，可以制得电子设备主体100；其中，通过将壳体20作为承载层，避免了基体14的使用，降低制备成本，同时可以直接制得电子设备主体100，提高了制备效率，并且在壳体20上直接形成电极10，有助于提高电极10与壳体20之间的结合力，保证电子设备主体100的可靠性。其中，s201、s202和s203中打底层11、碳化钨层12和掺钨类金刚石层13的沉积过程可以参考上述s101、s102和s103中的描述，同时壳体20的处理可以参考上述s101中基体14的处理，在此不再赘述。在本技术实施方式
中，在沉积打底层11前还包括在壳体20表面设置保护层。通过在壳体20表面设置保护层，对无需沉积电极10的区域进行保护。具体的，通过在壳体20表面设置保护层，以形成预沉积区域。
73.以下通过具体实施例对本技术提供的电极的效果做进一步说明。
74.实施例1
75.采用非平衡磁控溅射镀膜系统制备电极，其中不锈钢基体清洗、干燥后置于镀膜系统中，铬靶、碳化钨靶和石墨靶分别安装在射频、直流和直流靶位上，铬靶、碳化钨靶和石墨靶的纯度为99.9％。
76.将靶材及不锈钢基体装夹后，关闭密封盖，沉积腔真空度抽至2.5
×
10-5
torr，基体偏压-500v，运用氩离子(氩气流量为20sccm)轰击不锈钢基体表面25min。调整不锈钢基体偏压为-100v，开启铬靶的靶功率至1200w，沉积时间为60min，在不锈钢基体表面形成铬层。调整不锈钢基体偏压为-80v，铬靶的靶功率逐渐降低至0，同时碳化钨靶的靶电流逐渐增加至5a并保持，沉积时间为30min，在铬层表面形成碳化钨层。调整不锈钢基体偏压为-60v，碳化钨靶的靶电流逐渐降低至1a，开启石墨靶，石墨靶的靶电流逐渐增加至5a并保持不变，沉积时间为30min，在碳化钨层表面形成掺钨类金刚石层，得到电极，其中，不锈钢基体表面镀膜的总厚度为1.7μm。
77.请参阅图9，为实施例1制得的电极中掺钨类金刚石层的表面形貌电镜图，标尺为10μm，请参阅图10，为实施例1制得的电极截面的电镜图，标尺为3μm，可以看出，电极中各层紧密结合，无脱落情况。同时采用能谱仪(eds)对制得的电极的纵截面进行元素分析，其中掺钨类金刚石层中碳元素含量为91.6at.％、钨元素含量为7.7at.％、铬元素含量为0.7at.％，碳化钨层中碳元素含量为76.4at.％、钨元素含量为21.4at.％、铬元素含量为2.2at.％，eds的测试方式会导致在检测掺钨类金刚石层和碳化钨层时混入一部分铬层，因此掺钨类金刚石层和碳化钨层中检测出有铬元素。
78.实施例2
79.采用非平衡磁控溅射镀膜系统制备电极，其中不锈钢基体清洗、干燥后置于镀膜系统中，铬靶、碳化钨靶安装在直流靶位上，铬靶、碳化钨靶的纯度为99.9％。
80.将靶材及不锈钢基体装夹后，关闭密封盖，沉积腔真空度抽至2.5
×
10-5
torr，基体偏压-550v，运用氩离子(氩气流量为20sccm)轰击不锈钢基体表面30min。调整不锈钢基体偏压为-80v，开启铬靶的靶电流至6a，沉积时间为40min，在不锈钢基体表面形成铬层。调整不锈钢基体偏压为-60v，铬靶的靶功率逐渐降低至0，同时碳化钨靶的靶电流逐渐增加至5a并保持，沉积时间为60min，在铬层表面形成碳化钨层。碳化钨靶的靶电流逐渐降低至1a，同时通入乙炔气体(流量为20sccm)，开启射频源功率至500w，沉积时间为12-min，在碳化钨层表面形成掺钨类金刚石层，得到电极，其中，不锈钢基体表面镀膜的总厚度为1.2μm。
81.请参阅图11，为实施例2制得的电极中掺钨类金刚石层的表面形貌电镜图，标尺为1μm，请参阅图12，为实施例2制得的电极截面的电镜图，标尺为1μm，可以看出，电极中各层紧密结合，无脱落情况。同时采用能谱仪对制得的电极的纵截面进行元素分析，其中掺钨类金刚石层中碳元素含量为88.7at.％、钨元素含量为10.8at.％、铬元素含量为0.5at.％，碳化钨层中碳元素含量为64.2at.％、钨元素含量为33.3at.％、铬元素含量为2.5at.％。
82.实施例3
83.与实施例1的不同之处在于，沉积形成掺钨类金刚石层时碳化钨靶的靶电流直接降低至1a并保持不变。
84.实施例4
85.一种电极，包括层叠设置基体、铬层、碳化钨层和掺钨类金刚石层，铬层的厚度为0.1μm，碳化钨层的厚度为0.7μm，掺钨类金刚石层的厚度为0.7μm。
86.实施例5
87.一种电极，包括层叠设置基体、铬层、碳化钨层和掺钨类金刚石层，铬层的厚度为0.1μm，碳化钨层的厚度为0.7μm，掺钨类金刚石层的厚度为2μm。
88.实施例6
89.一种电极，包括层叠设置基体、铬层、碳化钨层和掺钨类金刚石层，铬层的厚度为0.1μm，碳化钨层的厚度为1.5μm，掺钨类金刚石层的厚度为0.7μm。
90.对比例1
91.一种电极，包括层叠设置基体、铬层和掺钨类金刚石层。
92.对比例2
93.一种电极，包括层叠设置基体、铬层、碳化钨层和类金刚石层。
94.对比例3
95.一种电极，包括层叠设置基体、碳化钨层和掺钨类金刚石层。
96.将实施例1-6和对比例1-2制得电极进行检测，对比例3制得电极中基体表面的膜层容易脱落，无法满足使用要求，不进行实验。对制得的电极进行x射线衍射，请参阅图13，为实施例1和实施例2制得的电极的x射线衍射图，其中，2θ角在42
°
附近和36
°
附件具有碳化钨的特征衍射峰。在载荷200mn，磨痕长度4mm，对磨时间10min的条件下，采用摩擦试验机(umt-3)对电极的掺钨类金刚石层表面进行摩擦磨损性能检测，利用白光干涉仪对磨痕形貌测试，根据磨痕的深度、宽度等判断的抗磨性。请参阅图14和图15，为实施例1和实施例2制得的电极表面的摩擦系数和磨损痕迹检测结果图，可以看出，电极表面的摩擦系数非常小，同时磨损痕迹小，表明电极耐磨性能优异。对电极的掺钨类金刚石层表面进行拉曼检测，请参阅图16和图17，为实施例1和实施例2制得的电极的掺钨类金刚石层表面的拉曼图谱，1300cm-1
附近处的d峰和1560cm-1
附近处的g峰为碳原子晶体的拉曼特征峰，d峰代表碳原子晶格的缺陷，g峰代表的是碳原子sp2杂化的面内伸缩振动，d峰和g峰的峰面积比值(ad/ag)越大说明sp2含量越多，峰面积比值越小说明sp3含量越多；其中，实施例1的拉曼图谱中ad/ag为7.53，实施例2的拉曼图谱中ad/ag为6.12。电极在0.9％生理盐水中的进行电化学阻抗测试和极化曲线测试(参比电极为ag/agcl电极)，请参阅图18和图19，为实施例1和实施例2制得的电极的交流阻抗图谱，实施例1制得的电极在10hz的阻抗值为581ω，腐蚀电位-192mv，腐蚀电流密度1.44
×
10-7
a/cm2，实施例2制得的电极在10hz的阻抗值为1170ω，腐蚀电位-168mv，腐蚀电流密度5.44
×
10-8
a/cm2，并且实施例1-6制得电极的阻抗均小于对比例1-2制得电极的阻抗，实施例1制得电极的阻抗小于实施例3制得电极的阻抗，实施例4-5制得电极的阻抗小于实施例6制得电极的阻抗，同时，对比例2制得的电极的韧性降低，容易剥落。可以看出，本技术提供电极的阻抗低、耐腐蚀性能高、耐磨性能佳，有利于在电子设备中使用。
97.以上对本技术实施方式所提供的内容进行了详细介绍，本文对本技术的原理及实
施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

技术特征：
1.一种电极，其特征在于，包括依次层叠设置的打底层、碳化钨层和掺钨类金刚石层。2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，沿所述碳化钨层至所述掺钨类金刚石层的方向上，所述掺钨类金刚石层中的钨元素含量逐渐减少。3.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述掺钨类金刚石层中的钨元素含量小于20at.％。4.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述掺钨类金刚石层和所述碳化钨层的厚度比为1-3。5.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述打底层的厚度为0.1μm-2μm；所述碳化钨层的厚度为0.1μm-2μm；所述掺钨类金刚石层的厚度为0.3μm-2μm；所述电极的厚度为1μm-5μm。6.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述打底层的材质包括铬。7.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极的腐蚀电位为-200mv～-150mv，腐蚀电流密度为5
×
10-8
a/cm
2-15
×
10-8
a/cm2，10hz条件下的阻抗为500ω-1300ω。8.一种电极的制备方法，其特征在于，包括：通过沉积的方法形成打底层、碳化钨层和掺钨类金刚石层，所述打底层、所述碳化钨层和所述掺钨类金刚石层依次层叠设置，得到电极。9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，通过沉积的方法形成所述碳化钨层包括：采用磁控溅射，以碳化钨靶为靶材沉积形成所述碳化钨层，所述碳化钨靶的靶电流小于或等于10a；通过沉积的方法形成所述掺钨类金刚石层包括：采用磁控溅射，以碳化钨靶和石墨靶为靶材沉积形成所述掺钨类金刚石层，所述碳化钨靶的靶电流逐渐减小，所述石墨靶的靶电流逐渐增加至0.1a-10a；或采用磁控溅射，以碳化钨靶为靶材、气态碳源为工作气体沉积形成所述掺钨类金刚石层，所述碳化钨靶的靶电流逐渐减小至0.1a-5a，所述气态碳源的流量为5sccm-30sccm。10.一种电子设备，其特征在于，包括电子设备主体，所述电子设备主体包括电极，所述电极包括依次层叠设置的打底层、碳化钨层和掺钨类金刚石层。

技术总结
本申请提供了一种电极，包括依次层叠设置的打底层、碳化钨层和掺钨类金刚石层。本申请提供的电极的阻抗小，耐磨性能和耐腐蚀性能优异，提高了检测的准确性，又提高了使用寿命，有利于其在电子设备中使用。本申请还提供了电极的制备方法和电子设备。的制备方法和电子设备。的制备方法和电子设备。


技术研发人员：吴志威 周滔 张玲 吴英超 曾子敬
受保护的技术使用者：南京工业职业技术大学
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/11/1