一种多参数响应柔性传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多参数响应柔性传感器及其制备方法，涉及柔性电子技术领域，使用盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀，离心洗涤后超声震荡分层，真空干燥后得到MXene粉末，将MXene分散在不同的溶剂中，制备成均匀的悬浊液，将MXene悬浊液按所需比例与柔性基体的溶液混合，搅拌均匀后倒入聚四氟乙烯模具，真空干燥一定时间后脱模得到传感器的核心部件，将传感器核心部件根据需求裁剪成合适的尺寸，在传感器核心部件两端搭建合适的电极；该方法制备的传感器具有高灵敏度，并对多种参数均可进行有效监测，相比于其他传感器具有综合监测传感的能力，能够满足临床医学上对人体关节运动的检测需求。的检测需求。的检测需求。

【技术实现步骤摘要】
一种多参数响应柔性传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性电子
，具体涉及一种多参数响应柔性传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性传感器在物联网和可穿戴电子应用方面展现出巨大潜力，目前已广泛研究了可有效检测与特定环境或生物物种有关的各种刺激的柔性传感器；为了满足设备工程技术中的应用需要，柔性传感器必须拥有可伸缩，可折叠，柔韧性好等特点(Han ST,Peng,HY Sun,QJ Venkatesh,S Chung,KS Lau,SC Zhou,YRoy,VAL AF Han,Su
‑
Ting Peng,Haiyan Sun,Qijun Venkatesh,Shishir Chung,Kam
‑
Sing Lau,Siu Chuen Zhou,Ye Roy,V.A.L.TI An Overview of the Development of Flexible Sensors,ADVANCED MATERIALS,33,2017)；因此，柔性传感器必须拥有良好的力学性能和灵敏度才能保证产品的正常使用。
[0003]近年来，基于高导电性，高电容的材料，如碳纳米管，石墨烯，MXene等，在传感器领域得到了广泛关注和深度研究；目前已根据这些材料制备了大量传感器，可对外界刺激做出响应(Wang X,Yu J,Cui Y,et al.Research progress of flexible wearable pressure sensors[J].Sensors and Actuators A Physical,2021,330:112838)。
[0004]然而，近年来的柔性传感器具有以下问题：第一，传感器的灵敏度低，对于一些微小的外界刺激无法做出响应，容易遗漏某些重要刺激信号；第二，传感器只能对一种外界刺激响应(如应变，应力，温度或震动)，当多种外界刺激并存时，必须同时使用多种传感器才可监测到全部的外界响应，造成传感效率低下和大量的资源浪费。为此提出一种多参数响应柔性传感器及其制备方法以解决以上问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种多参数响应柔性传感器及其制备方法，解决现有技术中存在的问题。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种多参数响应柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0008]MXene悬浊液的制备：使用盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀，离心洗涤后，超声震荡分层，真空干燥后得到MXene粉末；再将MXene分散在不同的溶剂中，制备成均匀的悬浊液。
[0009]传感器核心部件的制备：将得到的MXene悬浊液按所需比例与柔性基体(聚丙烯酰胺)的溶液混合，搅拌均匀后，倒入聚四氟乙烯模具，真空干燥一定时间后，脱模得到传感器的核心部件。
[0010]在传感器的核心部件两端搭建合适的电极。
[0011]进一步地，所用盐酸浓度为9～12mol/L，氟化锂与钛碳化铝质量比为1：1。
[0012]进一步地，MXene的刻蚀需在真空条件下进行，所得到的MXene粉末需在真空条件
下或在惰性气体保护下保存。
[0013]进一步地，MXene的分散溶液为去离子水，无水乙醇或丙酮。
[0014]进一步地，MXene悬浊液与聚丙烯酰胺比例为1：2，1：1或2：1。
[0015]进一步地，倒入聚四氟乙烯模具真空干燥时间为2～8小时。
[0016]本专利技术提供了一种多参数响应柔性传感器及其制备方法，具备以下有益效果：
[0017](1)本专利技术以MXene为导电材料，将其与柔性基底混合，在模具中固化成型，并结合电极后构建传感器，该方法制备的传感器具有高灵敏度，并对多种参数传感均可进行有效监测(如应变，应力，温度)，相比于其他传感器具有综合监测传感的能力，能够满足临床医学上对人体关节运动的检测需求，将其应用在电子皮肤，医学领域，以实现对人体运动情况的实时监测，同时还在柔性电子，纳米发电机，人机交互等领域展现出巨大的应用前景。
[0018](2)本专利技术所使用的导电材料MXene是一种新型材料，具有与石墨烯类似的片层结构，有利于自由电子的运输，具有高电容，高电导率的特征，优于传统的导电材料。
[0019](3)本专利技术传感器制备过程中使用的柔性基底是聚丙烯酰胺(PAM)，聚丙烯酰胺作为聚丙烯酰胺系列中最简单的一种，已可通过工业合成大量制备，是一种廉价易得的材料，PAM具有良好的力学性能，其表面存在大量氢键，利用丙烯酰胺聚合物来改善MXene成膜性差，成膜后力学性能差等特点，而且由于MXene的加入使得导电薄膜的导电性大大提高，电导率远高于一般的导电材料，并且对外界变化敏感，与人体皮肤可较好贴合，可对人体运动情况，人体状态进行精确监测。
[0020](4)本专利技术构建传感器时核心部件通过模具法制备，对于实际传感需求的不同，对传感器的尺寸进行灵活调整，且整个传感器的构建较为简洁，能够满足各种情况的需求。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实例1制备的柔性传感器实物图；
[0022]图2是本专利技术实例1制备的柔性传感器对应变的传感效果示意图；
[0023]图3是本专利技术实例2制备出柔性传感器对应力的传感效果示意图；
[0024]图4是本专利技术实例3制备出的柔性传感器对人体手指等关节的传感效果示意图；
[0025]图5是本专利技术实例6制备出的柔性传感器对温度的传感效果示意图；
[0026]图6是本专利技术实例8制备出的柔性传感器对人体手腕弯曲时产生的信号变化图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0028]一种多参数响应柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0029]MXene悬浊液的制备：使用盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀，离心洗涤后，超声震荡分层，真空干燥后得到MXene粉末；再将MXene粉末分散在不同的溶剂中，制备成均匀的悬浊液；所用盐酸浓度为9～12mol/L，氟化锂与钛碳化铝质量比为1：1；MXene的刻蚀需在真空条件下进行，所得到的MXene粉末需在真空条件下或在惰性气体保护下保存；MXene粉末的分散溶液为去离子水，无水乙醇或者丙酮等。
[0030]传感器核心部件的制备：将得到的MXene悬浊液按所需比例与柔性基体的溶液混
合(MXene悬浊液与聚丙烯酰胺比例为1：2，1：1或者2：1)，搅拌均匀后，倒入聚四氟乙烯模具，真空干燥一定时间后(真空干燥时间为2～8小时)，脱模得到传感器的核心部件；使用的柔性基底是聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺具有良好的拉伸性和成膜性，目前已作为絮凝剂，土壤改良剂，纸张填料辅助剂，化学灌浆剂，纤维改性剂，食品工业的添加剂等应用于生物医药，化工，食品等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多参数响应柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过使用盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀，离心洗涤后超声震荡分层，得到MXene粉末；将得到的MXene粉末分散于不同的溶剂中制备成均匀的MXene悬浊液；将得到的MXene悬浊液按所需比例与柔性基体的溶液混合倒入聚四氟乙烯模具，真空干燥一定时间后脱模得到传感器的核心部件；所述柔性基体采用聚丙烯酰胺；在传感器的核心部件两端搭建相应的电极。2.根据权利要求1所述的一种多参数响应柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为9～12mol/L，所述氟化锂与钛碳化铝质量比为1：1。3.根据权利要求1所述的一种多参数响应柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述超声震荡的时间为5～15min。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玉章，孔杰，陆文轩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：