柔性应变传感器及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及柔性电子技术领域，特别是涉及一种柔性应变传感器及其制备方法。


背景技术：

[0002]
应变传感器可以检测生物体的各种生理活动，包括较大幅度的肢体弯曲移动以及较小幅度的呼吸、吞咽、发声时肌肉震动、血压和眼压等。应变传感器能将生理移动或微弱的振动信号转化为电信号，因此可以在临床诊断、健康评估、健康监控、虚拟电子、柔性触摸屏、柔性电子皮肤，甚至工业机器人等领域都拥有很大的应用潜力。
[0003]
基于金属或半导体等材料的应变传感器，其柔性和拉伸性受到限制；柔性应变传感器具备较好的生物相容性、可拉伸性、透明性、可穿戴性及连续检测等特点。但是对于涉及较小幅度的应变监测，如手指运动、眼睑运动、吞咽运动的监测等，其监测部位往往曲面复杂或为整体面积较小的非可展曲面，且传统的柔性应变传感器件由于需要集成感应模块及导电模块，难以做到共形集成及精准可靠的监测。


技术实现要素：

[0004]
针对上述问题，本发明提供一种柔性应变传感器及其制备方法，该制备方法能够实现柔性应变传感器的共形集成及精准可靠的监测。
[0005]
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种柔性应变传感器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0006]
提供第一功能填料、第一高分子材料以及助团聚介质，将所述第一功能填料和所述第一高分子材料添加至所述助团聚介质中，形成第一混合溶液；
[0007]
提供第二功能填料、第二高分子材料以及助分散介质，将所述第二功能填料和所述第二高分子材料添加至所述助分散介质中，形成第二混合溶液；
[0008]
提供基材，通过3d打印对所述第一混合溶液、所述第二混合溶液分别进行打印及固化处理，使所述第一混合溶液于所述基材的表面形成第一功能部，所述第二混合溶液于所述基材的表面形成第二功能部，所述第一功能部与所述第二功能部的界面连接处形成连接部，制得所述柔性应变传感器。
[0009]
在其中一个实施例中，所述柔性应变传感器的断裂伸长率大于等于100％，应变敏感系数为10-20。
[0010]
在其中一个实施例中，所述第一功能填料与所述第二功能填料的成分相同，且在应变信号的振动频率为0-1mhz时，所述连接部的交流阻抗小于直流电阻值的0.5％。
[0011]
在其中一个实施例中，所述第一高分子材料与所述第二高分子材料的成分相同，且所述连接部的杨氏模量大于等于100mpa。
[0012]
在其中一个实施例中，所述助团聚介质包括苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、氯仿、二甲亚砜中的至少一种；
[0013]
及/或，所述助分散介质包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸
钠、十六烷基胺、曲拉通、烷基纤维素、聚丙烯酸中的至少一种。
[0014]
在其中一个实施例中，所述第一功能填料包括银纳米线、铜纳米线、石墨烯、炭黑中至少一种；
[0015]
及/或，所述第二功能填料包括银纳米线、铜纳米线、石墨烯、炭黑中至少一种；
[0016]
及/或，所述第一高分子材料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷、共聚酯(ecoflex)中的至少一种；
[0017]
及/或，所述第二高分子材料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷、共聚酯(ecoflex)中的至少一种。
[0018]
在其中一个实施例中，所述第一功能填料在所述第一功能部中的质量分数为5％-35％；
[0019]
及/或，所述第二功能填料在所述第二功能部中的质量分数为1％-60％。
[0020]
在其中一个实施例中，所述将所述第一功能填料和所述第一高分子材料添加至所述助团聚介质中，形成第一混合溶液的步骤中，通过非介入式均质机进行第一分散。
[0021]
在其中一个实施例中，所述将所述第二功能填料和所述第二高分子材料添加至所述助分散介质中，形成第二混合溶液的步骤中，通过三辊均质机进行第二分散。
[0022]
在其中一个实施例中，所述3d打印的压力值为5psi-15psi；
[0023]
及/或，所述固化处理包括加热处理，所述加热处理的温度为40℃-80℃。
[0024]
根据本发明的另一方面，提供一种由上述任一项制备方法得到的所述的柔性应变传感器，所述柔性应变传感器包括第一功能部、第二功能部以及连接部，所述连接部设置于所述第一功能部与所述第二功能部之间。
[0025]
与现有技术相比，本发明的制备方法的有益效果如下：
[0026]
第一、通过助团聚介质，可使第一混合溶液中的第一功能填料呈主动团聚状态，从而第一功能部具有较高的应变敏感性，通过助分散介质，可使第二混合溶液中的第二功能填料呈单分散状态，从而第二功能部具有较高的导电性，本发明通过调节第一功能填料和第二功能填料的分散形态以使柔性应变传感器的功能特性实现较大幅度的调节，从而具备多功能特性。
[0027]
第二、由于助团聚剂为第一功能填料的不良溶剂，助分散剂为第二功能填料的良溶剂，所以第一混合溶液与第二混合溶液直接融合是有难度的。因此，本发明在制备时通过对打印后的第一混合溶液和第二混合溶液进行固化处理，助团聚介质和聚分散介质分别得到挥发，而第一高分子材料中的高分子链和第二高分子材料中的高分子链在固化处理时于界面连接部相互缠结，而形成互锁效果。同时，第一高分子材料中的高分子链与第二高分子材料中的高分子链会相向运动，进一步会驱使第一功能填料和第二功能填料在连接部相互靠近和渗透，从而重构连接部的界面网络。综上，连接部具有较好的抗拉伸性，保证柔性应变传感器在拉伸变形下的可靠性。
[0028]
此外，本发明通过3d打印的方式可以获得具有分形图案设计的小尺寸监测器，并能实现与复杂曲面的可靠共形，从而实现生理应变信号的精确测量。
[0029]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0030]
图1为其中一个实施例提供的柔性应变传感器的制备方法示意图。
[0031]
图2为其中一个实施例提供的3d打印的方法示意图。
[0032]
图3为其中一个实施例提供的呈单分散形态的第二功能部的扫描电镜图。
[0033]
图4为其中一个实施例提供的呈主动团聚形态的第一功能部的扫描电镜图。
[0034]
图5为其中一个实施例提供的柔性应变传感器连接部的界面阻抗测试图谱。
具体实施方式
[0035]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0037]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0038]
根据本发明的一个方面，提供一种柔性应变传感器的制备方法。请参阅图1所示，图1为本发明其中一个实施例提供的柔性应变传感器的制备方法示意图。
[0039]
该制备方法包括以下步骤：
[0040]
s1：提供第一功能填料、第一高分子材料以及助团聚介质，将第一功能填料和第一高分子材料添加至助团聚介质中，形成第一混合溶液；
[0041]
s2：提供第二功能填料、第二高分子材料以及助分散介质，将第二功能填料和第二高分子材料添加至助分散介质中，形成第二混合溶液；
[0042]
s3：提供基材，通过3d打印对第一混合溶液、第二混合溶液分别进行打印及固化处理，使第一混合溶液于基材的表面形成第一功能部，第二混合溶液于基材的表面形成第二功能部，第一功能部与第二功能部的界面连接处形成连接部，制得柔性应变传感器。
[0043]
传统纳米复合材料功能特性主要由纳米填料的特性所决定，纳米复合材料通常通过调节纳米填料的掺杂比例来调节功能特性，通过这种调节可以改变复合材料整体的导电性、应变敏感性、湿度敏感性、杨氏模量、拉伸断裂伸长率等物理特性。但是，调节掺杂比例只能在一个有限的范围内对功能特性实现调控，无法完成较大幅度的调节。
[0044]
而本发明的制备方法通过助团聚介质，可使第一混合溶液中的第一功能填料呈主动团聚状态，从而第一功能部具有较高的应变敏感性，通过助分散介质，可使第二混合溶液中的第二功能填料呈单分散状态，从而第二功能部具有较高的导电性，本发明通过调节第一功能填料和第二功能填料的分散形态以使柔性应变传感器的功能特性实现较大幅度的调节，从而具备多功能特性。
[0045]
可以理解的是，第一功能填料和第二功能填料的分散形态差异越大，制得的柔性应变传感器将具有更高的应变敏感性以及更高的导电性。
[0046]
本文中所指的主动团聚状态指的是，第一混合溶液中的第一功能填料在助团聚介质的作用力下，呈多个稳定的团聚簇状结构，且多个团聚簇状结构在第一混合溶液中弥散分布，这种主动团聚的簇状结构区别于静电吸附力作用的整团结构。
[0047]
传统的具有不同功能特性的元件在集成到一个传感器中时，由于组件材料的固有物化特性(化学极性、表面能、表面电荷、功函数和能带等)不同，界面之间较为难以融合，且即使具有不同物化特性的材料能够相互融合，也将不可避免的削弱连接界面处的键合强度以及欧姆接触，从而引发界面强度和阻抗问题。
[0048]
由于本发明的助团聚剂为第一功能填料的不良溶剂，助分散剂为第二功能填料的良溶剂，所以第一混合溶液与第二混合溶液直接融合是有难度的。因此，本发明在制备时通过对第一混合溶液和第二混合溶液分别进行固化处理，助团聚介质和助分散介质得到挥发，而第一高分子材料中的高分子链和第二高分子材料中的高分子链在固化处理是于界面连接部相互缠结，而形成互锁效果。同时，第一高分子材料中的高分子链与第二高分子材料中的高分子链会相向运动，进一步会驱使第一功能填料和第二功能填料在连接部相互靠近和渗透，从而重构连接部的界面网络。综上，连接部具有较好的抗拉伸性，保证柔性应变传感器在拉伸变形下的可靠性。
[0049]
本优选实施例中，柔性应变传感器的断裂伸长率大于等于100％，应变敏感系数为10-20。
[0050]
通常，应变敏感系数为单位应变引起电阻值的变化程度，可以表示为电阻的改变比例与应变程度的比值，其中，应变程度为应力加载方向的长度改变比例。优选地，本实施例中柔性应变传感器的应变敏感系数为15。
[0051]
具体地，步骤s1中，第一功能填料包括银纳米线、铜纳米线、石墨烯、炭黑中至少一种。第一功能填料在团聚状态下具有较好的应变敏感性，且团聚的程度越高，应变敏感性越好，形成的第一功能部应变敏感性能越精准。
[0052]
第一高分子材料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷、共聚酯(ecoflex)中的至少一种。
[0053]
助团聚介质包括苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、氯仿、二甲亚砜中的至少一种。这些助团聚介质为第一功能填料的不良溶剂，以及第一高分子材料的良溶剂，第一功能填料在助团聚介质的作用下呈较为稳定的主动团聚状态。
[0054]
进一步地，第一功能填料在第一功能部中的质量分数如果太高，将会影响形成的第一功能部的信号监测精准度、应变敏感性以及拉伸性能，因此第一功能填料在第一功能部中的质量分数为5％-35％。
[0055]
优选地，第一功能填料在第一功能部中的质量分数为5％-15％。
[0056]
进一步地，第一高分子材料在第一混合溶液中的质量分数为0.05g/ml-0.2g/ml。
[0057]
进一步地，将第一功能填料和第一高分子材料添加至助团聚介质中，形成第一混合溶液的步骤中，通过非介入式均质机进行第一分散，如此，可使呈主动团聚状态的第一功能填料在第一混合溶液中更为均匀和稳定，且不会发生解团聚或者进一步的团聚，进而使形成的第一功能部性能更为稳定可靠。
[0058]
具体地，第一分散优选为二段式分散：初段分散参数为100rpm-500rpm，分散次数为1次-2次，每次5s-15s；500rpm-1000rpm，分散次数为1次-2次，每次5s-15s；1000rpm-2500rpm，分散次数为1次-2次，每次10s-30s；2500rpm-3600rpm，分散次数为1次-2次，每次10s-30s，上述转速为公转转速，自转转速为公转转速的30％-80％，且保持固定。末段分散参数为1000rpm-2000rpm，分散次数为1次-2次，每次10s-30s；2000rpm-3600rpm，分散次数为3次-6次，每次30s-60s。多段多次分散能不破坏团聚态的前提下，让团聚态的第一功能填料在第一高分子材料中分散更为均匀。
[0059]
进一步地，步骤s2中，第二功能填料包括银纳米线、铜纳米线、石墨烯、炭黑中至少一种；这些功能填料在单分散状态下具有较好的导电性，且单分散的程度越高，导电性能越好，形成的第二功能部电阻越小。
[0060]
第二高分子材料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷、共聚酯(ecoflex)中的至少一种。
[0061]
助分散介质包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基胺、曲拉通、烷基纤维素、聚丙烯酸中的至少一种。这些助分散介质为第二功能填料的良溶剂、且第二高分子材料的良溶剂，第二功能填料在助分散介质的作用下呈较为稳定的单分散状态。
[0062]
考虑到第二功能填料在第二功能部中的质量分数如果太低，将会影响形成的第二功能部的导电性能及杨氏模量，因此第二功能填料在第二功能部中的质量分数为为1％-60％。
[0063]
优选地，第二功能填料在第二功能部中的质量分数为30％-50％。
[0064]
进一步地，第二高分子材料在第二混合溶液中的质量分数为0.05g/ml-0.2g/ml。
[0065]
可以理解的是，本实施例中，第一功能填料在第一功能部中的质量分数以及第二功能填料在第二功能部中的质量分数相同，即在相同填充质量分数的情况下实现大幅度的性能调节。在其他实施例中，第一功能填料在第一功能部中的质量分数以及第二功能填料在第二功能部中的质量分数也可以根据功能填料的形貌或者实际使用需要进行适应性调节，如此，可以在原有基础上加大性能调节的幅度。
[0066]
进一步地，将第二功能填料和第二高分子材料添加至助分散介质中，形成第二混合溶液的步骤中，通过三辊均质机进行第二分散。如此，可使呈单分散状态的第二功能填料在第二混合溶液中更为均匀和稳定，且不会发生微团聚或局部团聚，进而使形成的第二功能部性能更为稳定可靠。
[0067]
具体地，第二分散优选为二次过辊：首先将对辊间距调节为10μm-20μm，同辊间距调节为5μm-15μm，过辊1次-4次；然后将对辊间距调节为5μm-15μm，同辊间距调节为2μm-10μm，过辊1次-3次。在逐渐减小对辊间距下，多次过辊能够进一步提升第二功能填料的单分散程度。
[0068]
可以理解的是，本发明仅对第一功能填料和第二功能填料进行有限示例，第一功能填料和第二功能填料除了可以为上述导电性能良好的纳米填料外，还可以为具备其他性能的纳米填料，比如具备导磁功能、导热功能的纳米填料，这些纳米填料均能通过本发明的制备方法进行柔性应变传感器的性能调节，均在本发明的保护范围内。
[0069]
进一步地，本发明提供的制备方法中，第一功能填料与第二功能填料的成分可以
相同，也可以不同；第一高分子材料与第二高分子材料的成分可以相同，也可以不同。
[0070]
在其中一个实施例中，第一功能填料与第二功能填料的成分相同，物化特性相近，因此第一混合溶液和第二混合溶液在混合界面处将具有较低的界面阻抗，具体地，在应变信号的振动频率为0-1mhz时，连接部的交流阻抗小于直流电阻值的0.5％。其中，交流阻抗值对应于阻抗谱中的虚部，直流电阻对应于阻抗谱中的实部。
[0071]
在其中一个实施例中，第一高分子材料与第二高分子材料的成分相同，因此第一混合溶液和第二混合溶液在混合界面处将形成良好的混合，从而连接部具有较高的界面连接强度，具体地，连接部的杨氏模量大于等于100mpa，优选地，连接部的杨氏模量大于等于700mpa。
[0072]
在其中一个实施例中，第一功能填料与第二功能填料的成分相同，且第一高分子材料与第二高分子材料的成分相同，因此第一混合溶液和第二混合溶液在混合界面处不仅具有较低的界面阻抗而且能形成良好的混合，因而连接部将具有较低的界面阻抗以及较高的杨氏模量。
[0073]
进一步地，步骤s3具体包括：
[0074]
s3.1：提供打印机喷头以及基材，打印机喷头包括第一喷嘴以及第二喷嘴；
[0075]
s3.2：将第一混合溶液置于第一喷嘴，第二混合溶液置于第二喷嘴，并通过打印机喷头分别在基材的表面打印第一混合溶液和第二混合溶液；以及，
[0076]
s3.3：对打印后的第一混合溶液和第二混合溶液分别进行固化处理，使打印后的第一混合溶液于基材的表面形成第一功能部，打印后的第二混合溶液于基材的表面形成第二功能部，第一功能部与第二功能部的界面连接处形成连接部，制得柔性应变传感器。
[0077]
步骤s3.1中，打印机喷头可以为气压挤出式或螺杆挤出式，且打印机喷头的打印压力为5psi-15psi，该打印压力能够控制第一混合溶液及第二混合溶液的挤出量以及挤出速度。
[0078]
步骤s3.2中，可以按照设计好的分形图案在基材上进行打印，并使第一功能部及第二功能部具有特定图案，优选地，基材的材料包括玻璃、硅片、不锈钢中的至少一种。
[0079]
步骤s3.3中，固化处理包括加热处理，加热处理的温度为40℃-80℃。
[0080]
在加热处理作用下，第一混合溶液中的助团聚介质和第二混合溶液中的助分散介质会缓慢挥发，且界面处的第一高分子材料的高分子链和第二高分子材料的高分子链会相互缠结形成互锁结构。同时，第一高分子材料的高分子链和第二高分子材料的高分子链会相向运动，进一步会驱使第一功能填料和第二功能填料在连接部相互靠近和渗透，从而重构连接部的界面网络，得到具有较大断裂拉伸率的柔性应变传感器。
[0081]
在其中一个实施例中，步骤s3还包括：
[0082]
s3.4：通过粘结层将柔性应变传感器转印至医用敷料的表面。
[0083]
步骤s3.4中，粘结层可以为水溶胶带。
[0084]
具体地，3d打印的顺序为：
[0085]
先打印第一混合溶液，再打印第二混合溶液，然后通过加热进行固化处理，助团聚介质和助分散介质挥发，得到具有应变敏感性的第一功能部和具有良好导电性能的第二功能部，第一功能部与第二功能部的界面连接处形成连接部。
[0086]
通过3d打印的方式可以快速获得具有分形图案设计的小尺寸监测器，并能实现与
复杂曲面的可靠共形，从而实现生理应变信号的精确测量。制造图案也可以按需定制，甚至可以进行三维设计。同时，多批次制造的传感器件之间也能保持良好的一致性。
[0087]
根据本发明的另一方面，提供一种由上述任一项制备方法的柔性应变传感器，柔性应变传感器包括第一功能部、第二功能部以及连接部，连接部设置于第一功能部与第二功能部之间，柔性应变传感器的断裂伸长率大于等于100％，应变敏感系数为10-20。
[0088]
优选地，柔性应变传感器的应变敏感系数为15。
[0089]
进一步地，所制得的柔性应变传感器中的第一功能部与第二功能部的应变敏感系数之比为3:1-50:1。
[0090]
第一功能部与第二功能部的导电性之比为1:35-1:7000。
[0091]
第一功能部与第二功能部的杨氏模量之比为2:1-15:1。
[0092]
连接部的界面阻抗在1mhz频率以下均小于柔性应变传感器的阻抗的0.5％。
[0093]
连接部的杨氏模量大于等于100mpa，优选地，连接部的杨氏模量大于等于700mpa。
[0094]
可知，通过调控功能填料的分散状态可使第一功能部与第二功能部之间产生巨大的性能差异，因而可以大幅度调节柔性应变传感器的功能特性；通过调节第一功能填料、第二功能填料的成分可以调节连接部的界面阻抗；通过调节第一高分子材料和第二高分子材料的成分可以调节连接部的杨氏模量，如此，获得具有多功能特性且抗拉伸、低界面阻抗的柔性应变传感器。
[0095]
另外，需要说明的是，前文针对制备柔性应变传感器的方法所描述的全部特征和优点同样适用于该柔性应变传感器，在此不再一一赘述。
[0096]
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。值得一提的是，实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0097]
实施例1：
[0098]
(1)将银纳米线用甲苯溶液浸润，然后转移进苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯溶液中，得到第一混合溶液。
[0099]
将第一混合溶液置于非介入式均质机中进行混合，初段混合公转参数是500rpm，分散次数为1次，每次15秒；1000rpm，分散次数为1次，每次15秒；2000rpm，分散次数为1次，每次15秒；3000rpm，分散次数为1次，每次15秒，自转转速是公转转速的50％。末段分散参数是2000rpm，分散次数为2次，每次30秒；3200rpm，分散次数为3次，每次30秒，得到银纳米线呈稳定团聚状态的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯溶液。
[0100]
将第一混合溶液填充至3d打印机的第一喷头中。
[0101]
(2)将银纳米线用聚乙烯吡咯烷酮溶液浸润，然后转移进苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，得到第二混合溶液。
[0102]
将第二混合溶液置于精密三辊均质机中进行混合，一次过辊参数为对辊间距20μm，同辊间距10μm，过辊1次。二次过辊参数为对辊间距10μm，同辊间距5μm，过辊2次，得到银纳米线呈单分散状态的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的聚乙烯吡咯烷酮溶液。
[0103]
将第二混合溶液填充至3d打印机的第二喷头中。
[0104]
(3)然后将第一喷头和第二喷头安装到多头3d打印机上，打印机工作原理为气压
挤出式。设置压力为7.5psi。按设计好的分形图案在不锈钢基底上进行器件打印。
[0105]
在不锈钢基底上先打印第二混合溶液，再打印第一混合溶液，然后在70℃下加热烘干得到具有导电性能的第二功能部、具有应变敏感性能的第一功能部以及连接部，使用水溶胶带转印到医用敷料上即完成柔性生理应变监测器件的制备。
[0106]
本实施例中，银纳米线在第一功能部中的质量分数为15％，银纳米线在第二功能部中的质量分数为60％，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在第一混合溶液中的质量分数为0.1g/ml，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物在第二混合溶液中的质量分数为0.1g/ml。
[0107]
实施例2：
[0108]
(1)将铜纳米线用二甲亚砜溶液浸润，然后转移进聚二甲基硅氧烷的四氢呋喃溶液中，得到第一混合溶液。
[0109]
将第一混合溶液置于非介入式均质机中进行混合，初段混合公转参数是100rpm，分散次数为2次，每次10秒；800rpm，分散次数为2次，每次10秒；1500rpm，分散次数为1次，每次20秒；3200rpm，分散次数为1次，每次20秒，自转转速是公转转速的60％。末段分散参数是1800rpm，分散次数为1次，每次25秒；3000rpm，分散次数为4次，每次40秒，得到铜纳米线呈稳定团聚状态的苯聚二甲基硅氧烷的四氢呋喃溶液。
[0110]
将第一混合溶液填充至3d打印机的第一喷头中。
[0111]
(2)将铜纳米线用四氢呋喃溶液浸润，加入助分散剂烷基纤维素，然后转移进聚二甲基硅氧烷的四氢呋喃溶液中，得到第二混合溶液。
[0112]
将第二混合溶液置于精密三辊均质机中进行混合，一次过辊参数为对辊间距15μm，同辊间距15μm，过辊2次。二次过辊参数为对辊间距15μm，同辊间距8μm，过辊1次，得到铜纳米线呈单分散状态的聚二甲基硅氧烷的十二烷基硫酸钠溶液。
[0113]
将第二混合溶液填充至3d打印机的第二喷头中。
[0114]
(3)然后将第一喷头和第二喷头安装到多头3d打印机上，打印机工作原理为气压挤出式。设置压力为10psi。按设计好的分形图案在玻璃基底上进行器件打印。
[0115]
在玻璃基底上先打印第二混合溶液，再打印第一混合溶液，然后在60℃下加热烘干得到具有导电性能的第二功能部、具有应变敏感性能的第一功能部以及连接部，使用水溶胶带转印到医用敷料上即完成柔性生理应变监测器件的制备。
[0116]
本实施例中，铜纳米线在第一功能部中的质量分数为25％，铜纳米线在第二功能部中的质量分数为60％，聚二甲基硅氧烷在第一混合溶液中的质量分数为0.05g/ml，聚二甲基硅氧烷在第二混合溶液中的质量分数为0.05g/ml。
[0117]
实施例3：
[0118]
(1)将炭黑用氯仿和二甲亚砜溶液浸润，然后转移进聚二甲基硅氧烷的氯仿和二甲亚砜溶液中，得到第一混合溶液。
[0119]
将第一混合溶液置于非介入式均质机中进行混合，初段混合公转参数是500rpm，分散次数为1次，每次15秒；500rpm，分散次数为2次，每次15秒；1000rpm，分散次数为2次，每次30秒；2500rpm，分散次数为2次，每次30秒，自转转速是公转转速的80％。末段分散参数是1000rpm，分散次数为2次，每次30秒；2000rpm，分散次数为6次，每次60秒，得到炭黑呈稳定团聚状态的苯聚二甲基硅氧烷的氯仿和二甲亚砜溶液。
[0120]
将第一混合溶液填充至3d打印机的第一喷头中。
[0121]
(2)将炭黑用烷基纤维素、聚丙烯酸溶液浸润，然后转移进聚二甲基硅氧烷的烷基纤维素、曲拉通溶液中，得到第二混合溶液。
[0122]
将第二混合溶液置于精密三辊均质机中进行混合，一次过辊参数为对辊间距10μm，同辊间距5μm，过辊4次。二次过辊参数为对辊间距5μm，同辊间距10μm，过辊1次，得到炭黑呈单分散状态的聚二甲基硅氧烷的烷基纤维素、曲拉通溶液。
[0123]
将第二混合溶液填充至3d打印机的第二喷头中。
[0124]
(3)然后将第一喷头和第二喷头安装到多头3d打印机上，打印机工作原理为气压挤出式。设置压力为15psi。按设计好的分形图案在不锈钢基底上进行器件打印。
[0125]
在不锈钢基底上先打印第二混合溶液，再打印第一混合溶液，然后在80℃下加热烘干得到具有导电性能的第二功能部、具有应变敏感性能的第一功能部以及连接部，使用水溶胶带转印到医用敷料上即完成柔性生理应变监测器件的制备。
[0126]
本实施例中，，炭黑在第一功能部中的质量分数为5％，炭黑在第二功能部中的质量分数为25％，聚二甲基硅氧烷在第一混合溶液中的质量分数为0.2g/ml，聚二甲基硅氧烷在第二混合溶液中的质量分数为0.2g/ml。
[0127]
实施例4：
[0128]
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：第二混合溶液中的第二功能填料为铜纳米线。
[0129]
实施例5：
[0130]
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：第二混合溶液中的第二高分子材料为聚二甲基硅氧烷。
[0131]
实施例6：
[0132]
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：第二功能部中的第二功能填料的质量分数为0.1％。
[0133]
实施例7：
[0134]
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：第二功能部中的第二功能填料的质量分数为70％。
[0135]
对比例1：
[0136]
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：第一混合溶液不使用助团聚剂，第一混合溶液中的溶剂为乙醇。
[0137]
对比例2：
[0138]
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：第一混合溶液不使用非介入式均质机中进行混合。
[0139]
对比例3：
[0140]
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：第一功能填料的质量分数为40％，第二功能填料的质量分数为65％。
[0141]
对上述实施例1-实施例7以及对比例1-对比例3所制得的柔性应变传感器的断裂伸长率、应变敏感系数以及导电性进行测试，测试结果显示本发明实施例1-实施例7所制得的柔性应变传感器兼具较高的断裂伸长率、较高的导电性能以及应变敏感性，同时连接部具有较低的界面阻抗以及较高的杨氏模量；而对比例1由于第一混合溶液没有使用助团聚
剂，导致柔性应变传感器的应变敏感性较差，进而导致信号检测的精准度较差；对比例2的第一混合溶液由于没有使用非介入式均质机进行混合，导致第一混合溶液中的呈主动团聚形态的第一功能填料不均匀分布，使得第一功能填料的团聚形态有较大差异，同样导致柔性应变传感器的应变敏感性较差，进而导致信号检测的精准度较差；对比例3的第一功能填料以及第二功能填料的质量分数偏高，不仅影响第一功能部的信号监测精准度、应变敏感性以及拉伸性能，而且连接部的混合难度较大，因而杨氏模量较低。
[0142]
对实施例2所制得的柔性应变传感器的第一功能部和第二功能部进行sem电镜扫描，第二功能部中的第二功能填料为单分散状态，如图3所示。第一功能部中的第一功能填料为主动团聚状态，如图4所示。
[0143]
对实施例2所制得的柔性应变传感器的连接部进行界面阻抗测试，结果如图5所示。
[0144]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0145]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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