[發(fā)明專利]一種基于MXene/絲素蛋白材料的傳感器及其制備方法與應(yīng)用有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202010800432.6 | 申請(qǐng)日： | 2020-08-11 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN114076785B | 公開（公告）日： | 2023-06-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 萬(wàn)鵬博;李曉彬;晁明遠(yuǎn) | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 北京化工大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G01N27/26 | 分類號(hào)： | G01N27/26;G01N27/30 |
| 代理公司： | 北京知舟專利事務(wù)所(普通合伙) 11550 | 代理人： | 趙麗麗 |
| 地址： | 100029 *** | 國(guó)省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 mxene 絲素 蛋白 材料 傳感器 及其 制備 方法 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明涉及一種基于MXene/絲素蛋白復(fù)合材料傳感器及其制備方法，該傳感器由MXene/絲素蛋白膜傳感層和MXene叉指電極構(gòu)成，其柔性好、透氣性好、可完全降解、綠色環(huán)保，并兼具寬廣的感應(yīng)范圍、高靈敏度、快速的響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間、可靠的透氣性、出色的循環(huán)穩(wěn)定性，可以用于超靈敏壓力感測(cè)和運(yùn)動(dòng)定位，該傳感器在智能電子皮膚、人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、臨床診斷和人機(jī)交互領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于MXene/絲素蛋白材料的傳感器及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)
柔性可穿戴輕量級(jí)壓力傳感器由于其高靈活性、可靠的可穿戴性、穩(wěn)定的重復(fù)性、優(yōu)良的傳感性能在諸多應(yīng)用中引起了極大關(guān)注，例如可穿戴電子皮膚、柔性可觸摸顯示器、人體健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。迄今為止，根據(jù)不同的感應(yīng)機(jī)制所開發(fā)的壓力傳感器也不盡相同，其中由柔性基體和導(dǎo)電材料組成的壓阻式傳感器因其具有高靈敏度、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性可靠等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究，在新一代壓力傳感器方向具有很大的應(yīng)用前景。(H.N.Alshareef,et?al.MXene?Printing?and?Patterned?Coating?for?Device?Applications,AdvancedMaterials,2020,32,1908486)
MXene(Ti3C2Tx)是一種新開發(fā)的二維(2D)片層過(guò)渡金屬碳/氮化物，因其具有高導(dǎo)電性、比表面積大和優(yōu)異的機(jī)械性能被廣泛地用于材料領(lǐng)域。MXene表面具有多種基團(tuán)如氟原子、氧原子、羥基等，賦予MXene優(yōu)良的親水性能，使其可以均勻的分散在水中并易于制備MXene墨水，MXene墨水適用于多種加工工藝，例如噴涂、旋涂、真空抽濾、絲網(wǎng)印刷等。這些優(yōu)良的性能使其廣泛應(yīng)用于各種柔性電子器件。同時(shí)，它在傳感材料領(lǐng)域顯示出廣闊前景，具有高比表面積的單層片MXene可以極大地提高與聚合物基底的粘合力，這促進(jìn)優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，具有很大的工業(yè)化潛力。(Y.H.Gao,et?al.A?Highly?Flexible?and?SensitivePiezoresistive?Sensor?Based?on?MXene?with?Greatly?Changed?InterlayerDistances[J].Nature?Communications,2017,8(1):1-8)
傳統(tǒng)壓力傳感器多選用不透氣的彈性體或致密的半導(dǎo)體薄膜為基體(X.Y.Liu,W.X.Guo,et?al.A?Biodegradable?and?Stretchable?Protein-Based?Sensor?asArtificial?Electronic?Skin?for?Human?Motion?Detection[J].Small,2019,15(11).1805084)，貼附在皮膚上常常因不透氣造成毛孔堵塞，甚至引起皮膚問題。另一方面，隨著對(duì)電子設(shè)備需求的增加，在復(fù)雜基板制造和設(shè)備緩慢降解過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的電子廢物，并且由于其釋放的有毒物質(zhì)而導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明以MXene和絲素蛋白為原料，利用靜電紡絲技術(shù)輕松制造可穿戴、透氣、可降解、高度靈敏和全纖維結(jié)構(gòu)的壓力傳感器。
本發(fā)明的目的在于提供一種基于MXene/絲素蛋白復(fù)合材料的傳感器，包括MXene/絲素蛋白復(fù)合材料傳感層、MXene三叉電極。其中，所述的MXene/絲素蛋白復(fù)合材料傳感層包括單片層MXene、絲素蛋白；所述的MXene三叉電極包括多片層MXene、絲素蛋白；所述的絲素蛋白選自絲素蛋白纖維膜。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述基于MXene/絲素蛋白復(fù)合材料的傳感器的制備方法，包括：采用MXene和絲素蛋白分別制備MXene/絲素蛋白復(fù)合材料傳感層、MXene叉指電極，然后將MXene/絲素蛋白膜傳感層和MXene叉指電極連接在一起，再插入導(dǎo)線，即得到所述的基于MXene/絲素蛋白復(fù)合材料的傳感器。具體包括以下步驟：
步驟一、將MXene材料加入水，混合得到均質(zhì)的MXene沉積油墨；
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