Alk-Ti3C2/PDMS柔性压阻传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能的Alk

【技术实现步骤摘要】
Alk-Ti3C2/PDMS柔性压阻传感器的制备方法


[0001]本专利技术属于传感器材料制备
，具体涉及一种Alk-Ti3C2/PDMS柔性压阻传感器材料的制备方法。

技术介绍

[0002]压阻传感器可以实现从机械刺激到电信号的高效转换，所以，它在人类医疗保健监控、智能机器人和人机界面中扮演着至关重要的角色。因此，柔性压阻式传感器由于其原理和结构简单、成本低，得到了广泛的关注。
[0003]由于聚合物PDMS成本低，具有良好的柔性，无毒性，常常作为压阻传感中的柔性基底材料使用。为了提高压阻传感器的灵敏度和扩宽压力范围，研究者们通过对柔性基底进行结构设计。但是，采用的刻蚀法、溅射法等方法，往往制备工艺复杂，成本高。
[0004]由于Ti3C2T
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具有良好的导电性，优异的机械柔韧性，亲水性，无毒性等特点，是目前压阻传感器中导电感应材料的研究热点之一。但是，由于Ti3C2T
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经过化学法刻蚀，使其表面具有有害官能团-F影响亲水性，单一的二维平面结构，易堆叠，从而导致Ti3C2T
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制备的压阻传感器不能同时兼顾高灵敏度和宽压力范围，限制了制备的传感器的使用领域范围。

技术实现思路

[0005]为了克服上述缺陷，本专利技术提供了以砂布为模板制备了柔性的PDMS薄膜作为传感器的基底，用NaOH碱化处理得到的褶皱状的Alk-Ti3C2作为传感器的感应材料。所制备的Alk-Ti3C2/PDMS柔性压阻传感器，在具有超宽工作范围的同时还能具有高的灵敏度，快的响应时间和低的检测极限，以及优秀的循环稳定性。
[0006]本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种Alk-Ti3C2/PDMS柔性压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，制备结构化的PDMS柔性薄膜基底：
[0009]首先，将表面具有凸起结构的砂布清洗干净，干燥备用；
[0010]其次，将硅胶基体液和固化剂按照10：1的比例混合，搅拌均匀形成硅胶混合液，然后在纱布上倒一层所述硅胶混合液，再放入真空箱固化，固化后将成型的PDMS薄膜与砂布分离，得到一侧面具有与砂布相反结构的第一PDMS薄膜；
[0011]然后，在所述第一PDMS薄膜与砂布分离的一侧面上，真空沉积一层全氟硅氧烷后，再倒一层所述硅胶混合液，放入真空箱内再次固化，得到具有砂布形貌的第二PDMS薄膜，即结构化的PDMS柔性薄膜基底；
[0012]步骤2，制备二维MXene片Ti3C2T
x
：
[0013]首先，将1g LiF和20ml 9M HCl在聚四氟乙烯瓶中混合搅拌均匀，再将1g Ti3AlC2缓慢倒入，在35℃下搅拌24小时；
[0014]其次，用去离子水离心洗涤产物，直到得到PH为4.9～5.1的Ti3C2T
x
；
[0015]然后，将Ti3C2T
x
溶液在冷浴中超声，然后离心收集上清液；
[0016]最后，取一定量的Ti3C2T
x
溶液过滤、干燥并称重来确定MXene的浓度；
[0017]步骤3，制备褶皱状的Alk-Ti3C2：
[0018]取相同体积的浓度为5mol/L的NaOH溶液和2mg/ml的Ti3C2T
x
溶液，并将NaOH溶液倒入Ti3C2T
x
溶液中搅拌均匀，用盐酸调节PH，再用去离子水离心洗涤使产物的PH为4.9～5.1，得到的褶皱状的3D结构的Alk-Ti3C2；
[0019]步骤4，LBL法合成Alk-Ti3C2/PDMS导电薄膜：
[0020]首先，将具有砂布形貌的第二PDMS薄膜进行亲水处理；
[0021]然后，将处理后的第二PDMS薄膜在1mg/ml PDAC溶液中浸泡，并在真空下干燥；
[0022]接着，再放入1mg/ml的Alk-Ti3C2溶液中浸泡，并真空下干燥；
[0023]最后，重复前面同样的步骤若干次，Alk-Ti3C2将一层一层的包裹在PDMS凸起的表面，得到结构化的Alk-Ti3C2/PDMS导电薄膜；
[0024]步骤5，制作柔性压阻传感器：
[0025]首先，用焊接的方法在PET柔性叉指电极上引出两根导线；
[0026]然后，将处理后的柔性的PDMS导电薄膜用胶水固定在PET叉指电极上；
[0027]最后，用PI胶带包裹在器件表面，得到Alk-Ti3C2/PDMS柔性压阻传感器。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1中，
[0029]首先，用去离子水和酒精将表面具有凸起结构的砂布清洗干净，干燥备用；
[0030]其次，将硅胶基体液和固化剂按照10:1的比例混合，搅拌10分钟后倒在砂布上，放入80℃真空箱，固化两个小时后，将成型的PDMS薄膜与砂布分离，得到具有与砂布相反结构的第一PDMS薄膜；
[0031]然后，在所述第一PDMS薄膜上，真空沉积一层全氟硅氧烷后，再倒一层混合的硅胶溶液，放入80℃真空箱固化两个小时后，得到具有着砂布形貌的第二PDMS薄膜。
[0032]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2中，洗涤后产物Ti3C2T
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在冷浴低温环境下超声1小时。
[0033]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2中，离心收集Ti3C2T
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上清液时，离心的速度控制为3400-3600rpm/min，离心时间25-35分钟。
[0034]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2中，取出的所述Ti3C2T
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溶液采用真空抽滤并干燥，该干燥采用室温真空干燥。
[0035]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3中，得到的NaOH和Ti3C2T
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混合溶液，用适量的盐酸调节PH至酸性。
[0036]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4中，将砂布状的PDMS薄膜进行亲水处理，该亲水处理过程使用的是氧气等离子器处理5分钟。
[0037]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4中，将每次浸泡过后的PDMS薄膜干燥，该干燥环境为真空环境。
[0038]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤4中，将砂布状的PDMS薄膜依次在PDAC溶液和Alk-Ti3C2溶液中依次反复浸泡，每次浸泡15分钟，重复十次。
[0039]本专利技术的有益效果是：
[0040]1.选取PDMS作为传感器的基底材料，得到的基底具有柔性实现了可穿戴性，材料成本低且可塑性极强。
[0041]2.以砂布为模板，对传感器的基底进行结构设计，方法简单高效，制作成本低，能够扩宽压阻传感器的工作范围。
[0042]3.Alk-Ti3C2具有极高的导电性，使传感器能够在1V的电压下就能正常工作。
[0043]4.碱化处理的3D褶皱状的Alk-Ti3C2粘附在PDMS柔性基底表面，增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Alk-Ti3C2/PDMS柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备结构化的PDMS柔性薄膜基底：首先，将表面具有凸起结构的砂布清洗干净，干燥备用；其次，将硅胶基体液和固化剂按照10：1的比例混合，搅拌均匀形成硅胶混合液，然后在纱布上倒一层所述硅胶混合液，再放入真空箱固化，固化后将成型的PDMS薄膜与砂布分离，得到一侧面具有与砂布相反结构的第一PDMS薄膜；然后，在所述第一PDMS薄膜与砂布分离的一侧面上，真空沉积一层全氟硅氧烷后，再倒一层所述硅胶混合液，放入真空箱内再次固化，得到具有砂布形貌的第二PDMS薄膜，即结构化的PDMS柔性薄膜基底；步骤2，制备二维MXene片Ti3C2T
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：首先，将1g LiF和20ml 9M HCl在聚四氟乙烯瓶中混合搅拌均匀，再将1g Ti3AlC2缓慢倒入，在35℃下搅拌24小时；其次，用去离子水离心洗涤产物，直到得到PH为4.9～5.1的Ti3C2T
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；然后，将Ti3C2T
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溶液在冷浴中超声，然后离心收集上清液；最后，取一定量的Ti3C2T
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溶液过滤、干燥并称重来确定MXene的浓度；步骤3，制备褶皱状的Alk-Ti3C2：取相同体积的浓度为5mol/L的NaOH溶液和2mg/ml的Ti3C2T
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溶液，并将NaOH溶液倒入Ti3C2T
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溶液中搅拌均匀，用盐酸调节PH，再用去离子水离心洗涤使产物的PH为4.9～5.1，得到的褶皱状的3D结构的Alk-Ti3C2；步骤4，LBL法合成Alk-Ti3C2/PDMS导电薄膜：首先，将具有砂布形貌的第二PDMS薄膜进行亲水处理；然后，将处理后的第二PDMS薄膜在1mg/ml PDAC溶液中浸泡，并在真空下干燥；接着，再放入1mg/ml的Alk-Ti3C2溶液中浸泡，并真空下干燥；最后，重复前面同样的步骤若干次，Alk-Ti3C2将一层一层的包裹在PDMS凸起的表面，得到结构化的Alk-Ti3C2/PDMS导电薄膜；步骤5，制作柔性压阻传感器：首先，用焊接的方法在PET柔性叉指电极上引出两根导线；然后，将处理后的柔性的PDMS导电薄膜用胶水固定在PET叉指电极上；最后，用PI胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，吴芳，向宇翠，张淑芳，刘高斌，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：