[发明专利]一种基于MXene材料的柔性应变传感器有效

专利信息
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
【权利要求书】:

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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