[发明专利]一种基于MXene材料的柔性应变传感器有效
申请号: | 201711430866.6 | 申请日: | 2017-12-26 |
公开(公告)号: | CN108168420B | 公开(公告)日: | 2020-01-17 |
发明(设计)人: | 孙静;杨以娜;王冉冉;王焱 | 申请(专利权)人: | 中国科学院上海硅酸盐研究所 |
主分类号: | G01B7/16 | 分类号: | G01B7/16 |
代理公司: | 31261 上海瀚桥专利代理事务所(普通合伙) | 代理人: | 曹芳玲;郑优丽 |
地址: | 200050 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 敏感材料 应变传感器 衬底 导电薄膜 电极分布 高灵敏度 应变感应 制作工艺 电极 高循环 支撑 | ||
1.一种柔性应变传感器,其特征在于,所述柔性应变传感器由敏感材料、柔性衬底和电极构成;其中:
敏感材料,所述敏感材料为基于MXene材料的导电薄膜,所述MXene材料为Mn+1Xn单片层或少数片层,其中M为Ti、V、Zn、Hf、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、Sc、Y、Lu、或W,X为碳或/和氮元素,n =1、2、或3;
柔性衬底,所述柔性衬底用于支撑并保护所述敏感材料;以及
电极,所述电极分布于所述敏感材料两端;
所述MXene材料由母相材料MAX相刻蚀得到;所述刻蚀的过程包括:
(1)在MAX相粉末中加入适量氢氟酸,刻蚀2~96小时,每1g粒径200目的MAX相粉末中加入10ml质量分数为40%的氢氟酸;
(2)将刻蚀产物洗涤,直至pH大于5,冷冻干燥6~12h,得到Mn+1Xn粉末;
(3)按照0.3~1g:5~12ml的比例将所得Mn+1Xn粉末与有机碱性化合物混合并搅拌12~24h,洗涤,加水,在惰性气氛下冰水浴超声10分钟~9小时;
(4)将超声产物在2000~3500rpm转速下离心0.5~1小时,分离得到所述MXene材料。
2.根据权利要求1所述的柔性应变传感器,其特征在于,所述敏感材料的厚度为100nm~10μm。
3.根据权利要求1或2所述的柔性应变传感器,其特征在于,所述柔性衬底为聚胺酯、硅橡胶、聚酰亚胺薄膜、PDMS、Ecoflex、Dragon skin中的一种。
4.一种制备权利要求1至3中任一项所述的柔性应变传感器的方法,其特征在于,包括:
利用MXene材料制备MXene导电薄膜,所述MXene材料为Mn+1Xn单片层或少数片层,其中M为Ti、V、Zn、Hf、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、Sc、Y、Lu、或W,X为碳或/和氮元素,n = 1、2、或3;
使所述MXene导电薄膜贴合于预聚合的柔性衬底表面;
将所述预聚合的柔性衬底固化;以及
在所述MXene导电薄膜两端设置电极;
所述MXene材料由母相材料MAX相刻蚀得到,其制备方法包括:
(1)在MAX相粉末中加入适量氢氟酸,刻蚀2~96小时;
(2)将刻蚀产物洗涤,直至pH大于5,冷冻干燥6~12h,得到Mn+1Xn粉末;
(3)按照0.3~1g:5~12ml的比例将所得Mn+1Xn粉末与有机碱性化合物混合并搅拌12~24h,洗涤,加水,在惰性气氛下冰水浴超声10分钟~9小时;
(4)将超声产物在2000~3500rpm转速下离心0.5~1小时,分离得到所述MXene材料。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述MXene材料的片层侧向尺寸为50nm~5μm,片层厚度为1~100nm。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,通过真空抽滤、旋涂、滴涂、或磁控溅射的方法制备MXene导电薄膜。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,固化的温度为50~80℃,固化的时间为20分钟~2小时。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述预聚合的温度为50~80℃,预聚合的时间为5~30分钟。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法,其特征在于,所述的电极由银浆涂覆于所述MXene导电薄膜两端而成。
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