具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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。本发明将正温度系数材料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。本发明将正温度系数材料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。

如图1所示，本发明公开的一种基于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：

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，得到柔性应力传感器半成品；

步骤4，用PDMS溶液将步骤3得到的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。

如图2所示，本发明提供的低温可拉伸柔性传感器由三层结构组成，分别为3D打印得到的基底层c，CNTs和Ag粉末组成的导电层b，及用于将基底层c和导电层b封装的封装层a。

实施例1

步骤1：将50mg的CNTs(碳纳米管)和70mg纳米级Ag粉末放入研磨钵中进行充分研磨。再将研磨好的粉末转移到盛有20ml乙醇溶液的烧杯中，为防止乙醇挥发，将溶液密封保存。放在超声机中超声1h，接着将混合溶液放在磁力搅拌器上搅拌10h以上，直至搅拌均匀，混合溶液呈粘稠状，得到传感器的复合导电物质。

步骤2：称取2g Dragon Skin 10Cure Part A和2g Dragon Skin 10Cure Part B于10ml烧杯中混合，该种有机硅胶拉伸性能良好，使用温度范围广，在零下低温环境中依然能够正常使用。再向其中加入0.5ml固化剂和0.5ml固化缓凝剂，并不断搅拌，使其充分混合。固化剂能够使混合胶体固化成型，固化缓凝剂有助于延长混合胶体固化时间，为后续3D提供充足的时间，以保证打印基体的质量。将搅拌后的混合胶体转移到三轴联动点胶机的针管中，且固定在点胶机的轨迹运动端，加上25PSI的压强，利用预先设计好的点胶机程序，将混合胶体打印在钢网上成网格状，最后将其放在60℃烘箱中烘烤5min，固化成形，得到低温可拉伸柔性应力传感器的柔性基底。

步骤3：将步骤2中的柔性基底平摊在光滑的玻璃片上，利用刷涂的方式将步骤1中的复合导电物质均匀刷涂在柔性基底上，刷涂操作重复4-6遍。自然风干，再在传感器感应层一面的两端涂抹上银浆，取两根5cm长、直径0.2mm的铜丝，两根铜丝的一端分别做成蛇形，利用银浆将其粘在传感器感应层两端做成传感器的电极，放入60℃烘箱中烘烤30min，得到柔性应力传感器半成品。

步骤4：取7mlPDMS和1ml固化剂，混合后手动搅拌5min，磁力搅拌20min，将其均匀滴涂在步骤3中所得器件的外表面，最后将滴涂好的样品放在60℃烘箱中烘烤30min，得到基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器。

实施例2

步骤1：将50mg的CNTs和67.5mg纳米级Ag粉末放入研磨钵中进行充分研磨。再将研磨好的粉末转移到盛有20ml乙醇溶液的烧杯中。放在超声机中超声1h，接着将混合溶液放在磁力搅拌器上搅拌10h以上，直至搅拌均匀，混合溶液呈粘稠状，得到传感器的复合导电物质。

步骤2：称取2g Dragon Skin 10Cure Part A和2g Dragon Skin 10Cure Part B于10ml烧杯中混合，再向其中加入0.5ml固化剂和0.5ml固化缓凝剂，并不断搅拌，使其充分混合。将搅拌后的混合胶体转移到三轴联动点胶机的针管中，且固定在点胶机的轨迹运动端，加上35PSI的压强，利用预先设计好的点胶机程序，将混合胶体打印在钢网上成网格状，最后将其放在60℃烘箱中烘烤5min，固化成形，得到传感器的柔性基底。

步骤3：将步骤2中的柔性基底平摊在光滑的玻璃片上，利用刷涂的方式将步骤1中的复合导电物质均匀刷涂在柔性基底上，刷涂操作重复4-6遍。自然风干，再在传感器感应层一面的两端涂抹上银浆，取两根5cm长、直径0.2mm的铜丝，两根铜丝的一端分别做成蛇形，利用银浆将其粘在传感器感应层两端做成传感器的电极，放入60℃烘箱中烘烤30min，得到柔性应力传感器半成品。

步骤4：取8mlPDMS和1ml固化剂，混合后手动搅拌5min，磁力搅拌20min，将其均匀滴涂在步骤3中所得器件的外表面，最后将滴涂好的样品放在60℃烘箱中烘烤30min，得到基于3D打印的低温可拉伸柔性应力传感器。

如图3所示，将本发明制备的低温可拉伸柔性应力传感器从20摄氏度降温至-50摄氏度，在每一个温度节点采集100秒内器件的阻值。图中，横坐标是信号采集时间，纵坐标是器件的电阻值大小。每一个时间节点下，器件的电阻值几乎不发生波动，且不同温度下的电阻值差别不大，说明该传感器电阻值受温度影响极小，在低温条件下也能够正常工作。

如图4所示，将本发明制备的低温可拉伸柔性应力传感器以60％的应变进行拉伸测试，在不同温度下，测量其电阻变化率。图中，横坐标为拉伸率，纵坐标为电阻变化率。在不同温度条件下，传感器的在同一拉伸率的电阻变化率近似相同，受温度影响较小，在低温条件下的拉伸性能优异。

如图5所示，将本发明制备的低温可拉伸柔性应力传感器在-30摄氏度的条件下以不同速度拉伸30％。图中，横坐标是信号采集时间，纵坐标是器件的电阻变化率。在低温环境中，以不同速度将传感器拉伸至相同的应变程度，其相对电阻变化不大，说明本发明提供的传感器在低温条件下能够承受不同的应变拉伸速度，状态稳定。

如图6所示，将本发明制备的低温可拉伸柔性应力传感器在-30摄氏度的条件下以相同速度拉伸至不同的应变程度。图中，横坐标是信号采集时间，纵坐标是器件的电阻变化率。应变程度越大，电阻变化率越大，说明该传感器能够对不同的应变作出响应，且低温下的响应区分非常明显。

如图7所示，将本发明制备的低温可拉伸柔性应力传感器在-30摄氏度、应变程度30％的条件下循环拉伸2000次。图中，横坐标为拉伸次数，纵坐标为电阻变化率。加载时，器件电阻变化率增加，卸载时，器件电阻变化率下降到初始位置。在循环开始阶段和结束阶段，器件的电阻变化率曲线保持一致，说明该传感器在低温条件下能够保持优异的拉伸循环稳定性。

如图8所示，将本发明制备的低温可拉伸柔性应力传感器在-30摄氏度的条件下进行响应恢复测试。图中，器件的响应时间为0.9秒，恢复时间为1秒，说明该传感器在低温条件下能够迅速响应并恢复。

如图9所示，在-30摄氏度的条件下，将本发明制备的低温可拉伸柔性应力传感器固定在人体的手指关节部位，对指关节运动进行监测。指关节的运动幅度越大，电阻变化率越明显，响应度越高，显示出器件具备出色的人体运动监测的能力。

综上所述，本发明通过将CNTs和Ag粉混合后制备的零温度系数的复合导电物质，其物理性质不会随温度的变化而变化，在零度以下的低温环境中具有较高的稳定性；选用温度范围广的有机硅胶材料，以获得在低温下拉伸性强的柔性基底；最后采用PDMS封装，保证复合导电物质在器件工作过程中不易脱落，并能起到防水和防潮湿的效果。本发明解决了零下低温环境中柔性应力传感器导电材料电学性能不稳定的缺点，突破了传统应力传感器低温下失效的瓶颈。与传统方式相比，利用3D打印的技术制作柔性基底，可操作性强，网格状的基底，大大增加了器件的拉伸性。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，可将传感器应用于零下低温的环境中，极大拓宽了柔性应力传感器的研究领域。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。