一种基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器及制备方法，该方法包括：步骤1，将CNTs和Ag粉末混合，得到零温度系数的复合导电物质；步骤2，制备柔性基底；步骤3，将步骤1得到的复合导电物质涂抹于步骤2制备的柔性基底上，引出电极，得到低温可拉伸柔性应力传感器半成品；步骤4，将步骤3得到的低温可拉伸柔性应力传感器半成品封装处理，得到基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器。该方法大大提高了柔性应力传感器的拉伸性能，该柔性应力传感器具有稳定性强，工作范围广，成本低，且工艺简单，更为安全和环保。制得的传感器在零下低温的环境中，具有拉伸性强、稳定性好、灵敏度高的优点，极大拓宽了柔性应力传感器的应用领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及低温柔性应力传感器
，具体涉及一种基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子技术的发展，柔性可穿戴器件被广泛的应用到各个领域，例如医疗上人体脉搏监测、柔性触摸显示屏、军事武装设备以及应用在机器人手臂上的可穿戴电子皮肤。可穿戴电子设备以柔性应力传感器作为设备的检测单元，器件是根据拉伸或者压缩过程中材料自身电阻的变化来检测应力/应变变化。目前，以碳纳米管和金属粉末等材料为主的柔性应力传感器已经有了很好的发展，在各个领域显示出广阔的应用潜力和发展前景。
[0003]然而，绝大多数导电材料的电学性能都会随着温度的改变而改变，在零下低温中，柔性传感器件会受低温影响变得极其不稳定甚至失效。因此，获得具有优异性能(大的拉伸性、稳定性好、灵敏度高、耐低温)的柔性应力传感器是该领域急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决在零下低温中，柔性传感器件会受低温影响变得极其不稳定甚至失效的问题，提供一种在低温环境中，具有拉伸性强、稳定性好、灵敏度高的柔性应力传感器及制备方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，将CNTs和Ag粉末混合，得到零温度系数的复合导电物质；
[0007]步骤2，通过3D打印的方式，制备柔性基底；
[0008]步骤3，将步骤1得到的复合导电物质涂抹于步骤2制备的柔性基底上，并引出电极，得到低温可拉伸柔性应力传感器半成品；
[0009]步骤4，用PDMS溶液将步骤3得到的低温可拉伸柔性应力传感器半成品封装处理，得到基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器。
[0010]优选地，所述的步骤1包括以下步骤：
[0011]步骤1.1，称取CNTs和Ag粉末，混合后研磨，再加入适量乙醇溶液中；
[0012]步骤1.2，将步骤1.1制备的溶液超声分散后，搅拌10h以上使其均匀混合，得到所述的复合导电物质。
[0013]优选地，所述CNTs和Ag粉末的质量比为1:1.35
‑
1:1.4。
[0014]优选地，所述的步骤2包括以下步骤：
[0015]步骤2.1，在有机硅胶中加入适量的固化剂和固化缓凝剂，使其混合均匀，得到混合胶体；
[0016]步骤2.2，将步骤2.1制备的混合胶体转移到点胶机的针管中，加上25
‑
35PSI的压
强，设定程序打印网格状基底，将混合胶体打印在钢网上，放入55
‑
65℃烘箱中烘烤4
‑
6min，制得所述的柔性基底。
[0017]优选地，所述的有机硅胶在零下低温环境中能正常使用。
[0018]优选地，所述的步骤3为：将步骤2制备的柔性基底平摊在玻璃片上，再将步骤1制备的复合导电物质均匀涂抹在所述的柔性基底表面，自然风干，之后在所述的柔性基底两端涂上银浆，加上铜丝引出一对电极，放入55
‑
65℃的烘箱中烘干，制得所述的柔性应力传感器半成品。
[0019]优选地，所述的步骤4为：
[0020]步骤4.1，取PDMS与固化剂混合后搅拌均匀，得到PDMS溶液；
[0021]步骤4.2，将PDMS溶液均匀涂抹在步骤3得到的柔性应力传感器半成品上，将所述的柔性应力传感器半成品封装，得到所述的基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器。
[0022]本专利技术还提供了一种基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器，由上述制备方法得到。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024](1)该低温可拉伸柔性应力传感器通过3D打印有机物硅胶作为弹性基底，CNTs和纳米银片共同作为导电材料，PDMS为封装材料，制备的低温柔性应力传感器拉伸性好，灵敏度高；
[0025](2)使用CNTs和纳米银片制备出零温度系数复合材料，使得器件可用于在低温环境(负30度)检测包括手指、手腕、脚踝、膝关节部位人体关节的运动；
[0026](3)本专利技术方法工艺简单、可操控性强，制备得到的基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器拓宽了应力传感器的研究领域，具有极高的研究价值以及广阔的应用前景。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的低温可拉伸柔性应力传感器制备方法流程图。
[0028]图2为本专利技术制备的低温可拉伸柔性应力传感器结构示意图。
[0029]图3为本专利技术制备的低温可拉伸柔性应力传感器低温下静态稳定性示意图。
[0030]图4为本专利技术制备的低温可拉伸柔性应力传感器不同温度下动态拉伸测试曲线图。
[0031]图5为本专利技术制备的低温可拉伸柔性应力传感器在负30℃下不同速度相同拉伸测试曲线图。
[0032]图6为本专利技术制备的低温可拉伸柔性应力传感器在负30℃下相同速度不同拉伸测试曲线图。
[0033]图7为本专利技术制备的低温可拉伸柔性应力传感器在负30℃下循环稳定性曲线图。
[0034]图8为本专利技术制备的低温可拉伸柔性应力传感器在负30℃下响应恢复性能曲线图。
[0035]图9为本专利技术制备的低温可拉伸柔性应力传感器在负30℃下人体状态监测。
具体实施方式
[0036]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]温度系数是材料的物理属性随着温度变化而变化的速率，正温度系数是指一物体在一定温度范围内，其物理性质(如导电性能)随温度升高而升高，负温度系数是指一物体在一定温度范围内，其物理性质随温度升高而降低。本专利技术将正温度系数材料Ag粉和负温度系数材料CNTs(碳纳米管)按一定比例混合制备成零温度系数复合材料，将其作为传感器的导电材料制备出低温可拉伸柔性传感器。本专利技术将正温度系数材料Ag粉和负温度系数材料CNTs(碳纳米管)(外径<8nm，内径2
‑
5nm，长度0.5
‑
2um)按一定比例混合制备成零温度系数复合材料，将其作为传感器的导电材料制备出低温可拉伸柔性传感器。
[0038]如图1所示，本专利技术公开的一种基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器及制备方法包括以下步骤：
[0039]步骤1，将CNTs和Ag粉末混合，得到零温度系数的复合导电物质；
[0040]步骤2，通过3D打印的方式，制备柔性基底；
[0041]步骤3，将步骤1得到的复合导电物质涂抹于步骤2制备的柔性基底上，并引出电极，得到柔性应力传感器半成品；
[0042]步骤4，用PDMS溶液将步骤3得到的柔性应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将CNTs和Ag粉末混合，得到零温度系数的复合导电物质；步骤2，通过3D打印的方式，制备柔性基底；步骤3，将步骤1得到的复合导电物质涂抹于步骤2制备的柔性基底上，并引出电极，得到低温可拉伸柔性应力传感器半成品；步骤4，用PDMS溶液将步骤3得到的低温可拉伸柔性应力传感器半成品封装处理，得到基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器。2.如权利要求1所述的基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器的制备方法，其特征在于，所述的步骤1包括以下步骤：步骤1.1，称取CNTs和Ag粉末，混合后研磨，再加入适量乙醇溶液中；步骤1.2，将步骤1.1制备的溶液超声分散后，搅拌10h以上使其均匀混合，得到所述的复合导电物质。3.如权利要求2所述的基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器的制备方法，其特征在于，所述CNTs和Ag粉末的质量比为1:1.35
‑
1:1.4。4.如权利要求1所述的基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器的制备方法，其特征在于，所述的步骤2包括以下步骤：步骤2.1，在有机硅胶中加入适量的固化剂和固化缓凝剂，使其混合均匀，得到混合胶体；步骤2.2，将步骤2.1制备的混合胶体转移到点胶机的针管中，加上25
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙士斌，何诗宇，牛世聪，常雪婷，王东胜，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：