[发明专利]一种基于多层复合薄膜的柔性压力传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于多层复合薄膜的柔性压力传感器，其特征在于，包括从下而上依次布设的衬底层（1）、电极层（2）、压力敏感层（3）以及顶部保护层（4）；电极层（2）采用叉指形电极结构（5）；压力敏感层（3）由依次设置的第一层还原氧化石墨烯薄膜（304）、多孔二维过渡金属碳化物薄膜层（305）、第二层还原氧化石墨烯薄膜（306）构成，所述第一层还原氧化石墨烯薄膜（304）和第二层还原氧化石墨烯薄膜（306）将多孔二维过渡金属碳化物薄膜层（305）上下面完全包覆；其中，第一层还原氧化石墨烯薄膜（304）、第二层还原氧化石墨烯薄膜（306）的孔隙尺寸与多孔二维过渡金属碳化物薄膜层（305）的孔隙尺寸不同；由于两种多孔材料的孔隙不同，复合膜在压力的作用下，首先是还原氧化石墨烯薄膜的微孔隙逐渐闭合增加导电通路，电阻值减小主要由还原氧化石墨烯薄膜提供；随着压力的继续增大，还原氧化石墨烯薄膜与多孔二维过渡金属碳化物薄膜层的孔隙接近，两种薄膜层的微孔隙共同减小直至发生闭合，导电通路继续增加，使电阻值进一步增小，实现传感器更大的检测范围；

所述第一层还原氧化石墨烯薄膜（304）、第二层还原氧化石墨烯薄膜（306）的孔隙尺寸分布在200-500纳米，多孔二维过渡金属碳化物薄膜层（305）的孔隙尺寸分布在100-200纳米。

2.根据权利要求1所述的基于多层复合薄膜的柔性压力传感器，其特征在于，所述电极层（2）的电极材料为金属双面导电胶带，双面分别黏附衬底层（1）和压力敏感层（3）。

3.根据权利要求1所述的基于多层复合薄膜的柔性压力传感器，其特征在于，所述衬底层（1）与顶部保护层（4）为柔性有机材料薄膜。

4.一种基于多层复合薄膜的柔性压力传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A1：采用激光打印的方式在金属双面导电胶带上打印出叉指电极结构（5）以及与叉指电极结构（5）连接的压焊块（6），形成电极层（2）；

步骤A2：将衬底层（1）浸入乙醇中清洗，烘干，然后将电极层（2）转移至衬底层（1）上；

步骤A3：将压力敏感层（3）转移至电极层（2）上；

步骤A4：将顶部保护层（4）贴附在压力敏感层（3）上，所述顶部保护层（4）完整包覆压力敏感层（3）；

所述压力敏感层（3）制备方法包括如下步骤：

步骤B1：采用抽滤方法，在水系滤膜（7）上抽滤氧化石墨烯纳米片水溶液，形成第一层氧化石墨烯薄膜（301）；

步骤B2：将第一层氧化石墨烯薄膜（301）烘干，在第一层氧化石墨烯薄膜（301）上加入MXene纳米片水溶液进行第二次抽滤，制备MXene薄膜层（302）；

步骤B3：将MXene薄膜层（302）烘干，在MXene薄膜层（302）上加入相同浓度的氧化石墨烯纳米片水溶液进行第三次抽滤，形成第二层氧化石墨烯薄膜（303）；

步骤B4：将制备的三层复合薄膜浸入乙醇溶液中进行剥离，得到热处理前的多层Mxene/氧化石墨烯复合薄膜；

步骤B5：将MXene/氧化石墨烯复合薄膜夹在第一石英板（8）和第二石英板（9）中，使用酒精灯高温热处理，处理温度为400-500度，氧化石墨烯在高温作用下表面的含氧官能团快速断裂后从纳米片层中排出，形成稳定多孔状的第一层还原氧化石墨烯薄膜（304）和第二层还原氧化石墨烯薄膜（306），孔隙尺寸分布在200-500纳米；同时，MXene在热的作用下，表面的含氧官能团也发生断裂，形成多孔二维过渡金属碳化物薄膜层（305），孔隙尺寸分布在100-200纳米，并且多孔二维过渡金属碳化物薄膜层（305）包覆在第一层还原氧化石墨烯薄膜（304）和第二层还原氧化石墨烯薄膜（306）中间；

步骤B6：冷却至室温，取出薄膜，得到多孔MXene/还原氧化石墨烯纳米片复合薄膜，作为压力敏感层（3）。