[發明專利]不含高價金屬離子的MXene/油墨高靈敏度傳感器及制備方法

在審

• 申請號: 202010572032.4
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111595363A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 盧少微;李勃翰;張璐;馬克明;王曉強;劉興民;馬承坤;李偉
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G01D5/16
• 分類號: G01D5/16;G01L1/18;G01B7/16;G01K7/16;B41F15/08;B41F15/14;B41F16/00;B41J29/38;C09D11/30;C09D11/38;C09D11/03
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發明屬于傳感器技術領域，涉及一種不含高價金屬離子的MXene/油墨高靈敏度傳感器及其制備方法。本發明中的傳感器以MXene/油墨復合結構為傳感活性部件，除MXene材料外不含高價金屬離子，通過制備分散液和分散工藝，將尺寸較小的MXene納米片分散在油墨中，在油墨中形成MXene傳感網絡，能夠大幅度提高傳感活性部件的傳感靈敏性。通過特殊的分散工藝，可以達到加入高價金屬離子能夠達到的分散效果，避免高價金屬離子所帶來的問題。本發明中的MXene/油墨高靈敏度傳感器可以通過簡單的成型方式(絲網印刷、熱轉印、打印機噴射成型等)方便地涂覆在測試基材或襯底表面，簡化了復雜傳感陣列的設計方法，避免了高價金屬離子對傳感網絡的影響，增強了監測的準確性。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，更具體地，涉及一種不含高價金屬離子的MXene/油墨高靈敏度傳感器及制備方法。

背景技術

復合材料以其優異的力學性能成為許多先進領域中重要的結構材料。對復合材料結構完整性的檢測和對試件剩余壽命的預測可以避免復合材料的突然失效。目前應變計和光纖傳感器廣泛應用于工程的各個領域，用于關鍵基礎設施的監測和損傷檢測，但是他們也可能在復合材料結構中形成缺陷，導致復合材料構件產生裂紋和損傷。因此，有必要開發新的技術來監測復合材料結構的損傷狀態。

二維材料因其獨特的電、力、磁，光性能在眾多領域中的廣泛應用，引起了人們廣泛的關注。目前已經合成的二維材料有石墨稀、二硫化鉬、碳化硼、二硫化鎢、硅烯等等，2011年Yury Gogotsi通過化學刻蝕方法制備了一種新型過渡金屬碳化物一MXene。MXene符合通式M_nAX_n-1，其中“M”通常表示過渡金屬(Ti、V、Zn等),“A”主要為Ⅲ或IV族元素(Al、Si等)，“X”為C或N元素，與其他二維材料相比，MXene不僅具有比表面積大、活性點多以及獨特的“手風琴”層狀結構等特性，還擁有優異的親水性，金屬導電性，良好的熱分散性能等優勢,在作為電容儲能材料，電磁屏蔽材料等方面具有廣泛的應用，但是在作為傳感器方面的應用卻鮮有提及。

專利CN109238522A提出了一種可穿戴的柔性應力傳感器，含有二維無機納米片層材料和油墨，其中二維無機納米片層材料包括氧化石墨烯和MXene材料。但其組成中還包括高價金屬離子和高分子螯合劑，含金屬離子的油墨通常含有螯合劑，高分子螯合劑對不同價態、不同幾何構型的高價金屬離子有選擇性形成螯合物的能力，對多價金屬離子能在相當寬的pH值范圍內形成水溶性絡合物，二者相互配合，對于MXene材料也具有極佳的分散效果。然而，Cu²⁺、Fe³⁺等高價金屬離子具有極強的氧化性，而MXene也極易氧化，增加MXene被氧化的可能性，氧化后MXene導電性能大幅度下降，導致制成傳感器的靈敏度下降，同時，也會引進其他導電離子，在構建傳感網絡中發揮作用，傳感器穩定性下降，造成實驗結果分析不準確。

發明內容