[发明专利]一种具有褶皱结构的柔性传感器以及制备方法

说明书

本发明提供一种具有褶皱结构的柔性传感器及其制备方法。所述具有褶皱结构的柔性传感器包括导电层、柔性基底层和封装层。其中导电层是由喷涂碳纳米管、MXene和氟橡胶的混合油墨构成。通过导电层MXene与CNTs在拉伸与释放时的电阻变化，从而达到传感的功能。该传感器不但具有高灵敏度、宽检测范围、快速响应时间，而且具有良好的线性度和循环稳定性。

【技术领域】

本发明属于柔性传感器制造领域，特别涉及一种具有褶皱结构的柔性传感器及其制备方法。

【技术背景】

柔性传感器能够有效地将外部刺激(压缩、弯曲、应变、扭曲等)转化为电信号，在可穿戴电子应用中具有广阔的应用，如电子皮肤和触觉传感器等。

在过去的几十年中，人们开发出了很多性能优异的导电纳米材料，如金属纳米线、碳纳米管、石墨烯和导电聚合物等。将导电纳米填料均匀分散到聚合物基质中是制备弹性导体的一种有效方法，可以实现导电性和拉伸性；另一种方法则是对导电复合物进行结构设计，引入可拉伸结构(如褶皱，网型，蛇形等)，实现大形变下的性能稳定。

将褶皱等可拉伸的结构引入到柔性传感器中，利用褶皱结构在拉伸过程中的变形保护导电层连续不受破坏，从而稳定电阻。

文章Highly Sensitive Ultrathin Flexible Thermoplastic Polyurethane/Carbon Black Fibrous Film Strain Sensor with Adjustable Scafold Networks(XinWang，Xianhu Liu，Dirk W.Schubert， Nano-Micro Lett，2021，13：64)，中介绍应变传感器应变系数大，灵敏度高，但在大形变下的线性度需要改进；文章Development of anultrastretchable double-network hydrogel for flexible strain sensors(HuijunLi，Han Zheng，Yu Jun Tan，Shu Beng Tor，and Kun Zhou.ACS Appl.Mater. Interfaces，2021，13：12814-12823)，中介绍了基于双网络水凝胶的柔性应变传感器，由于应变系数在0.5到3的范围内，极大地限制了它们的应用；文章A strain localization directedcrack control strategy for designing MXene-based customizable sensitivity andsensing range strain sensors for full-range human motion monitoring(Jun-HongPu，Xing Zhao，Xiang-Jun Zha，Wu-Di Li，Kai Ke，Rui-Ying Bao，Zheng-Ying Liu，Ming-Bo Yang，Wei Yang.Nano Energy，2020，74： 11.)，中介绍了基于MXene形成高灵敏度和宽工作范围的裂纹结构的传感器，然而在大形变下实现高灵敏度的同时确保高线性度和循环稳定性仍是一个挑战。因此，开发出一种大形变、高灵敏度、高线性度、循环稳定性的柔性传感器在可穿戴电子领域中具有重要意义。

【发明内容】

本发明提供了基于MXene/碳纳米管/氟橡胶的应变传感器的制备方法，该应变传感器在具有大形变、高灵敏度、高线性度、循环稳定性等特点，在柔性可穿戴电子器件等领域具有潜在的应用价值。

本发明提供一种大形变、高灵敏度、高线性度、循环稳定性的应变传感器，其制备方法包括以下步骤：

步骤一、制备MXene，将氟化锂溶解在盐酸(HCl，35％)溶液中，经过离心、超声，将获得的沉淀经过冷冻干燥，得到MXene气凝胶；

步骤二、将氟橡胶溶解在4-甲基-2戊酮中，得到溶液A；

步骤三、将碳纳米管分散在溶液A中，得到分散液B，再将MXene分散在分散液B中，得到分散液C；