[發明專利]一種銀納米線/MXene柔性應力傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 201911088528.8
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110864828B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 沈耿哲;何鑫;梁天龍;楊為家;陳柏樺;王鳳鳴
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;B22F1/00;B22F9/24;B82Y30/00;B82Y40/00;D01F1/09;D01F9/22
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李彥孚

本發明提供一種銀納米線/MXene柔性應力傳感器的制備方法，包括以下步驟：S1)銀納米線導電薄膜的制備；S2)內核柔軟的MXene導電碳纖維的制備；S3)柔性壓力傳感器的制備。本發明叉式圖案的銀納米線薄膜，增加了接觸點，擴大了接觸比表面積，從而提高了傳感器性能的靈敏度和響應速度；PDMS增強銀納米線的附著能力，增強了器件穩定性；MXene增強了導電碳纖維的導電性，同時MXene嵌入多條碳纖維絲的接觸點的夾縫中，利用其層狀結構，增加傳感器的微結構變化，加強了電阻的應變性；MXene外部質硬，內部柔軟，對于柔性傳感器的機械性能具有顯著提高；并且三層導電材料均兼具柔性，具有良好的耐彎折性能，可拉伸。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其是一種銀納米線/MXene柔性應力傳感器的制備方法。

背景技術

隨著新一代柔性電子材料和傳感技術的快速發展，柔性應力傳感器逐漸成為研究人員關注的重要對象。柔性應力傳感器廣泛應用于可穿戴的電子設備，可穿戴的電子設備可以完成與人體的互動并對其進行長期的監測尤為受到廣泛的關注。現有的柔性應力傳感器可實現與皮膚接觸從而實現對人的物理、化學、生物以及所處環境狀態的實時監測，將物理刺激信號轉化為電子信號，傳輸到的電子信號通過放大電路放大信號從而促使相應的電子元件做出反應。

柔性傳感器一般由兩部分組成，即柔性襯底和導電層材料，柔性襯底可以使得器件和皮膚貼合得更加密切，例如，聚二甲基硅氧烷，聚對苯二甲酸乙二酯，聚酰亞胺或聚氯乙烯；導電層材料如銀納米線、金納米線、銅納米線、碳納米管、石墨烯和導電聚合物。

現有的柔性傳感器雖然能夠實現與人體的交互，但是現有的柔性傳感器存在以下問題：

1、現有傳感器的靈敏度低，不能及時完整地將傳感器獲得的信號反饋傳輸給電子元件；

2、傳感器的最大力的承受能力和可形變程度范圍窄；導致其在承受最大力的情況下，或處于最大形變的狀態下，不能正常完成信號的反饋；

3、電阻變化不穩定，輸出信號不穩定；而且使用壽命短。

現有的傳感器不能兼顧柔性和高靈敏度、導電層材料使用單一、制備工藝復雜等等，這些都依然嚴重地限制著柔性傳感器的發展。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種銀納米線/MXene柔性應力傳感器的制備方法，本發明制備的傳感器具有高的靈敏度和穩定性，并且制備方法簡單。

本發明的技術方案為：一種銀納米線/MXene柔性應力傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1)、銀納米線導電薄膜的制備

S101)、在室溫條件下，分別將葡萄糖、硝酸銀和硫酸鐵分別用去離子水溶解，然后將三者混合在一起，并通過磁力攪拌得到亮黃色的溶液；

S102)、將一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入步驟S101)制備的亮黃色的溶液中，磁力攪拌直至充分溶解PVP完畢后轉移至高壓反應釜中，在密封狀態下以150-200℃加6-10h，在熱水處理后，獲得灰綠色沉淀；

S103)、利用稀硝酸洗滌步驟S102)得到的沉淀數次，將銀納米線表面上的氧化層除去，然后再通過乙醇數次離心后除去銀納米線中過量的稀硝酸；

S104)、通過對步驟S103)反復過濾后收集得到長的銀納米線，然后將得到的長的銀納米線涂敷在玻璃片上，并在200-250℃下加熱0.5-2.5h；

S105)、在銀納米線薄膜覆蓋上叉式圖案掩模板，用針穿過空缺部分劃去銀納米線薄膜之后，再通過涂敷PDMS在玻璃片上，厚度控制在0.1-0.3mm之間，將其在80-120℃固化2-6h，剝離下來，得到銀納米線導電薄膜。

S2)、內核柔軟的MXene導電碳纖維的制備