[發明專利]一種導電天然橡膠泡沫壓力傳感器及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110883602.6
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113527762A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 丁宏達;陶金龍;張吉振;孔娜;羅梓蓉;李志鋒;關杰;趙鵬飛
• 申請（專利權）人: 中國熱帶農業科學院農產品加工研究所
• 主分類號: C08J9/40
• 分類號: C08J9/40;A61B5/00;C08L7/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 許佳

本發明涉及壓力傳感器技術領域，具體涉及一種導電天然橡膠泡沫壓力傳感器及其制備方法和應用。所述導電天然橡膠泡沫壓力傳感器以天然橡膠泡沫為載體，以MXene為負載物，天然橡膠泡沫和MXene通過硅烷偶聯劑連接；制備方法包括：將天然橡膠泡沫置于硅烷偶聯劑分散液中浸漬處理后取出烘干，得到硅烷偶聯劑連接的天然橡膠泡沫；將硅烷偶聯劑連接的天然橡膠泡沫置于MXene分散液中二次浸漬處理后烘干得到導電天然橡膠泡沫壓力傳感器。本發明方法可顯著提升MXene材料在天然橡膠泡沫中的負載能力，提高所制備壓力傳感器的使用壽命和輸出結果的穩定性、準確性。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器技術領域，具體涉及一種導電天然橡膠泡沫壓力傳感器及其制備方法和應用。

背景技術

壓力傳感器作為可穿戴電子設備的大家族成員之一，已經吸引了越來越多的關注，它們在醫療保健、人機互動、電子皮膚、物聯網等領域被廣泛應用。

MXene是片狀類石墨烯的二維材料，具有類似金屬導電性。此外，由于與氧化石墨烯具有相似的表面官能團，MXene在多種溶劑中具有良好的溶解性(包括水和一些極性較強的有機溶劑)。因此，由于其獨特的結構和電學性能，MXene在儲能(如超級電容器、鋰(鈉)離子電池、和太陽能電池)、抗電磁輻射(電磁屏蔽和吸波)、傳感器(如氣體傳感器、機械傳感器等)、水凈化、介電復合材料等領域有著廣闊的應用前景。由于MXene在分散能力和導電性方面的優勢，在制備壓力傳感器方面具有顯著的潛力。但是，基于MXene與橡膠類基材結合力不高的技術問題，將其制備同時具有高靈敏度和較大工作應力范圍的柔性應力傳感器仍然存在挑戰。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種導電天然橡膠泡沫壓力傳感器及其制備方法和應用，以滿足現有技術中對于壓力傳感器高的靈敏性和大工作應力范圍的要求。

本發明的技術方案之一，一種導電天然橡膠泡沫壓力傳感器，以天然橡膠泡沫為載體，以MXene為負載物，天然橡膠泡沫和MXene通過硅烷偶聯劑連接。

進一步地，所述天然橡膠泡沫的孔隙率30-50％，孔直徑0.5-1mm；所述MXene具體為Ti₃C₂Tx、Ti₃CNTx和Nb₄C₃Tx中的一種或多種，所述硅烷偶聯劑的分子結構式為Y-R-Si(OR)₃，其中Y-為有機官能基，SiOR-為硅烷氧基，R為烷基。

進一步地，所述硅烷偶聯劑為乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一種或多種。

進一步地，所述MXene為MAX通過濕法刻蝕法制備而成的，具體包括以下步驟：攪拌條件下，將MAX材料緩慢加入含有LiF和鹽酸溶液的反應器中磁力攪拌下室溫反應后去離子水洗滌、離心、超聲，得到片狀MXene材料。

在刻蝕法制備MXene的過程中引入了-OH,-O,(HCl中水引入的)和-F官能團，這些官能團可以和天然橡膠泡沫中的蛋白質等成分形成氫鍵作用力，使其相互結合力能力更強。

進一步地，所述鹽酸溶液的濃度為9M，所述MAX材料、LiF和鹽酸溶液的質量體積比為0.5g：0.8g：10mL；室溫反應時間為24h。

本發明的技術方案之二，上述導電天然橡膠泡沫壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：

(1)將天然橡膠泡沫置于硅烷偶聯劑分散液中浸漬處理后取出烘干，得到硅烷偶聯劑連接的天然橡膠泡沫；

(2)將硅烷偶聯劑連接的天然橡膠泡沫置于MXene分散液中二次浸漬處理后烘干得到導電天然橡膠泡沫壓力傳感器。

進一步地，還包括重復步驟(2)的浸漬過程2-8次。