银纳米线/MXene高导电多功能加热、温度传感器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种银纳米线/MXene高导电多功能加热、温度传感器件的制备方法。所述制备方法包括：(1)制得单层或2

【技术实现步骤摘要】
银纳米线/MXene高导电多功能加热、温度传感器件的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种加热、温度传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]MXene作为一种新型的二维材料，与石墨烯相似，这些二维叠层纳米晶具有比表面积大、电导率高、强度好等优良特性。由于其优异的导电性、比表面积大和可调节的表面性能，在储能器件、可穿戴健康监测设备、智能假肢、仿生机器人等领域表现出了巨大的潜在应用，引起了人们极大的研究兴趣。特别是Ti3C2T
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作为柔性电子或电极材料得到了广泛的研究，并取得了一些令人鼓舞的成果。虽然目前的一些碳基材料，如碳纳米管(CNTs)、石墨烯及其复合材料也是比较合适的材料。但是由于石墨烯和CNTs都具备非常高的模量(1TPa)，这会在传感过程中抵抗它们的原子运动，因此很难用于进一步提高相应传感器的灵敏度，因为它们的这些缺点促使科学家寻找具有容易层间原子移动的新材料或结构，以降低成本，简化步骤，提高传感器的灵敏度。其中，MXene材料的层间距离相对较宽，可能具有这种特性，因此在外部压力下具有很高的灵敏度和灵活性，可以满足检测人类细微活动和环境参数变化的要求。
[0003]柔性传感器件作为目前柔性电子产品研究中最重要的研究领域之一，几十年来一直是一个非常活跃的研究领域。柔性传感器件可以替代皮肤来区分和测量多种环境刺激，也可以监测人体生理信号实现对人体的健康管理。其中温度传感器可以感测外界环境温度的变化而吸引了大批的研究学者进行研究。但是，目前市场上大多数温度传感器的传感性能都是基于温度敏感材料电特性的变化。此外，传统的温度传感器则是由刚性的材料制成，不适合用于制备柔性温度传感器件，因为它们的机械刚性大，不可拉伸，灵活性柔韧性差。最近，一些温度传感器通过将包括有机半导体、碳纳米管(CNTs)、和石墨烯在内的新型材料加入到弹性体衬底中来制备，通过引入新型柔性材料来提高温度传感器的可拉伸性和柔韧性等能力。然而，目前通过这些方法制备的温度传感器仍然受到许多限制，阻碍了它们的进一步发展。例如，相对较低的灵敏度和精度限制了快速、精确的温度监测，不能满足所有条件下对温度感测的要求。另外，目前用于制造温度传感器的方法需要在衬底上集成大规模的高性能电子元件(例如屏蔽效应晶体管等)这些技术和涉及到其他相关技术特殊的加工步骤和复杂的制造设计，这些问题也极大的降低了柔性温度传感器设备在实际应用中的实用性。
[0004]目前虽然有一些基于MXene材料的温度传感器，但其仍存在传感信号不稳定、器件电阻过大和长期使用耐久性等问题。银纳米线(AgNWs)由于其优异导电性及延展性，可以大大提高温度传感器的导电性及信号传输能力，使其适合于精确测量及传输环境温度变化信号。因此，我们将银纳米线与新型二维MXene材料Ti3C2T
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纳米片复合形成的一维二维层状杂化网络通过转移结合到聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上，简易地制备出一种具有高导电多功能的AgNW/MXene加热、温度传感器。并对其加热、温度传感性能进行测试表征，证明其加热
及温度传感应用的实用性。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种银纳米线/MXene高导电多功能加热、温度传感器件的制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种银纳米线/MXene加热、温度传感器件的制备方法，所述MXene为Ti3C2T
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纳米片，所述制备方法包括如下步骤：
[0008](1)制备得到一定浓度的单层或2
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4层的Ti3C2T
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纳米片水分散液；
[0009](2)制备得到一定浓度的银纳米线分散液，所述银纳米线直径为10
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200nm，长度为15
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200μm；
[0010](3)利用真空辅助抽滤工艺，先将银纳米线分散液总体积的1/3
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1/2缓慢倒入真空抽滤装置进行真空抽滤，然后再将Ti3C2T
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纳米片水分散液倒入进行真空抽滤，最后将剩下体积的银纳米线分散液缓慢倒入进行真空抽滤，其中控制银纳米线与Ti3C2T
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纳米片的质量比为1
‑
4:1，银纳米线与Ti3C2T
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纳米片的总质量以有效半径为45mm的圆形滤膜的面积计为1
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6mg/45mm圆形滤膜，得到复合薄膜；所述的缓慢倒入是指倒入过程中尽量使银纳米线分散液均匀铺展开，避免局部浓度过大；
[0011](4)将液态PDMS预聚剂与固化剂以5
‑
20：1的质量比混合，之后充分搅拌使其混合均匀，再将得到的PDMS前体滴到模板上，于70
‑
100℃(80℃最佳)预固化10
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20(15最佳)min，使PDMS具备一定程度的固化后将步骤(3)中得到的复合薄膜沉积有银纳米线和Ti3C2T
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纳米片的一面贴于PDMS表面，于70
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100℃(优选80℃)固化1
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4h(优选2h)，固化完全后取出，将滤膜剥离得到转移到PDMS上的复合导电薄膜；将复合导电薄膜裁剪成一定形状(3cm
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1cm)，在两端使用导电银浆进行电极连接，从而得到加热、温度传感器件。
[0012]本专利技术步骤(1)可参照现有文献制备单层或少层的Ti3C2T
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纳米片水分散液，例如通过使用氟化锂(LiF)与盐酸(HCl)插层选择性刻蚀Ti3AlC2中的Al层，再通过超声处理获得一定浓度的单层或少层的Ti3C2T
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纳米片水分散液。作为优选，所述单层或少层的Ti3C2T
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纳米片水分散液的浓度为1
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5mg/mL，更优选为1mg/mL。
[0013]本专利技术步骤(2)可参照现有文献制备银纳米线分散液，例如使用多元醇还原法得到银纳米线(AgNWs)原液，然后进行纯化得到银纳米线分散液。所述的AgNWs原液通常使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为生长导向剂来获得，具体推荐以硝酸银为银源，乙二醇为还原剂和溶剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为生长导向剂，氯化铜为晶型诱导剂，采用多元醇还原法制备得到AgNWs原液。所述的银纳米线原液的纯化可通过如下步骤进行：采用正压过滤方法对由多元醇还原法制备得到的AgNWs原液进行纯化，去除AgNWs原液中含有的有机物、银纳米颗粒和短棒，得到纯化后的AgNWs；将纯化后的AgNWs分散在1
‑
5wt％PVP水溶液中配成AgNWs分散液。作为优选，所述银纳米线分散液的浓度为1
‑
5mg/mL，更优选为2mg/mL。
[0014]本专利技术步骤(3)中，所述真空抽滤装置的滤膜为纤维素滤膜，孔径大小为0.2
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0.5μm，优选为0.45μm孔径。在倒入Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种银纳米线/MXene加热、温度传感器件的制备方法，所述MXene为Ti3C2T
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纳米片，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备得到一定浓度的单层或2
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4层的Ti3C2T
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纳米片水分散液；(2)制备得到一定浓度的银纳米线分散液，所述银纳米线直径为10
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200nm，长度为15
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200μm；(3)利用真空辅助抽滤工艺，先将银纳米线分散液总体积的1/3
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1/2缓慢倒入真空抽滤装置进行真空抽滤，然后再将Ti3C2T
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纳米片水分散液倒入进行真空抽滤，最后将剩下体积的银纳米线分散液缓慢倒入进行真空抽滤，其中控制银纳米线与Ti3C2T
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纳米片的质量比为1
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4:1，银纳米线与Ti3C2T
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纳米片的总质量以有效半径为45mm的圆形滤膜的面积计为1
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6mg/45mm圆形滤膜，得到复合薄膜；(4)将液态PDMS预聚剂与固化剂以5
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20：1的质量比混合，之后充分搅拌使其混合均匀，再将得到的PDMS前体滴到模板上，于70
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100℃预固化10
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20min，使PDMS具备一定程度的固化后将步骤(3)中得到的复合薄膜沉积有银纳米线和Ti3C2T
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纳米片的一面贴于PDMS表面，于70
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100℃固化1
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4h，固化完全后取出，将滤膜剥离得到转移到PDMS上的复合导电薄膜；将复合导...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘军，卞小龙，夏凯宇，杨中林，王雯雯，何晓雄，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：