[发明专利]一种树枝状层状自组装柔性导电膜及其制备方法

权利要求书

1.一种树枝状层状自组装柔性导电膜，其特征在于，所述导电膜是将碳化钛(MXene)、碳纳米管(CNT)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)粉末按照质量比为0:1:2至32:1:2溶解在水中,涂覆在基底上，在溶剂蒸发情况下诱导自组装形成的树枝状层状相结合的导电膜；该导电膜内部具有由一维的纤维状碳纳米管和二维的层状碳化钛相结合的树枝状层状结构，而表面具有由纳米级到微米级尺寸可调控的粗糙形貌，与纯碳化钛膜相比，随着碳纳米管的质量比增加，导电膜内部树枝状结构增加，空隙增大，与纯碳纳米管膜相比，随着碳化钛的质量比增加，导电膜内部层状结构增加，空隙减小，同时导电膜表面的粗糙形貌由纳米级增大到微米级，能够提高触觉传感器的灵敏度；所述导电膜是通过如下步骤制备而成：

步骤1：将LiF，Ti₃AlC₂和盐酸按照质量比8:5:33在特氟龙容器中混合，并在35-45℃下搅拌24小时，通过Ti₃AlC₂前体在HCl-LiF水性混合物中剥离来制备MXene；

步骤2：将步骤1反应后的混合物以9500-10,000rpm超速离心10-15分钟，除去上清液，并将沉淀物重新分散在去离子水中，重复上述离心洗涤过程直到pH为6.5-7.0，除去氢氟酸；

步骤3：将洗涤后的MXene水性悬浮液在1500-2000rpm下离心0.5-1h，并去除含有大的MXene多层薄片的沉淀物，收集悬浮液，然后以3500-4000rpm离心15-20分钟，分别收集悬浮液和沉淀物，干燥后得到两种尺寸的MXene薄片，分别是，悬浮液干燥后的薄片平均横向尺寸为1.5μm，标记为MXene_1.5，沉淀物干燥后的薄片平均横向尺寸为5.5μm，标记为MXene_5.5；

步骤4：使用高剪切混合器将CNT分散在0.1wt％表面活性剂水溶液中，超声处理0.5-1h，然后，将PVP添加到CNT分散液中，并在45-50℃下超声处理12-15小时，以获得CNT/PVP墨水；分别将步骤3得到的两种MXene薄片加入到CNT/PVP墨水中并在45-50℃下超声处理0.5-1小时，制备MXene/CNT/PVP墨水；

步骤5：分别将CNT/PVP墨水和MXene/CNT/PVP墨水浸涂在基底表面上，然后水蒸发进行自组装；从截面扫描电镜图像中可观察到，不同质量比的墨水生成的膜分别具有树枝状结构、树枝状层状相结合的结构。

2.根据权利要求1所述的树枝状层状自组装柔性导电膜，其特征在于，所述导电膜根据碳化钛/碳纳米管/聚乙烯吡咯烷酮的质量比按照0:1:2、2:1:2、8:1:2、16:1:2、32:1:2依次进行树枝状结构、树枝状层状相结合的结构调控。

3.根据权利要求1所述的树枝状层状自组装柔性导电膜，其特征在于，所述碳化钛、碳纳米管、聚乙烯吡咯烷酮粉末的质量比为16:1:2。

4.根据权利要求1所述的树枝状层状自组装柔性导电膜，其特征在于，所述导电膜上的树枝状层状结构能够在多种基底上形成，所述基底包括天然橡胶、热塑性聚氨酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚碳酸亚乙酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。