一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法和制备设备技术

本发明专利技术公开了一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法和制备设备，所述制备方法包括：提供水槽；将多层MXene材料分散液置于所述水槽内，通过至少一组叉指电极对所述水槽施加交流电，通过电声转换效应产生声表面波以剪切所述多层MXene材料分散液，并持续第一预设时间；将基片覆盖所述水槽的开口并持续第二预设时间，在所述基片上旋涂得到单层MXene材料。本申请中通过声表面波激励水槽中的多层MXene材料分散液的液滴定向高速旋转，为多层MXene材料分散液提供定向的剪切力，从而对多层MXene材料进行层状剥离而不会破坏其横向结构；然后再将基片覆盖在水槽的开口上，利用声波驱动微流在基片上旋涂得到平均横向尺寸大的单层MXene薄膜，提高制得的MXene薄膜的实用性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法和制备设备


[0001]本专利技术涉及薄膜材料制备
，尤其涉及一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法和制备设备。

技术介绍

[0002]目前，在众多的二维材料中，MXene作为一类二维过渡金属碳化物/氮化物材料，由于其表面终止基团可以轻易地在羟基、氧基或氟基之间改变，以便选择性吸收气体分子，并将这些化学、物理相互作用转化为电信号，所以MXene在气体传感器、超级电容器、储能器件和透明导体等领域引起了人们的广泛关注，具有良好的应用前景。通常现有的MXene材料的气敏应用依赖于单层均匀薄膜的强电导率，而制备MXene薄膜的方法是将MXene材料的MAX相中的A层进行选择性蚀刻后，再通过对多层结构进行进一步剥离，得到单层或多层MXene纳米薄片。
[0003]但是，现有的剥离技术通过超声剥离所得的单层MXene薄膜的平均横向尺寸不足，无法满足强电导率的要求，导致使用单层MXene薄膜制造的气敏元件的性能不达标，实用性不足。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法和制备设备，旨在制备出具有平均横向尺寸大的单层MXene二维材料薄膜。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其中，
[0008]提供水槽；
[0009]将多层MXene材料分散液置于所述水槽内，通过至少一组叉指电极对所述水槽施加交流电，通过电声转换效应产生声表面波以剪切所述多层MXene材料分散液，并持续第一预设时间；
[0010]将基片覆盖所述水槽的开口并持续第二预设时间，在所述基片上旋涂得到单层MXene材料。
[0011]所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其中，所述多层MXene材料分散液的浓度为0.2～1mg/mL。
[0012]所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其中，所述多层MXene材料为选择性刻蚀Ti3AlC2中的金属Al所制成的风琴状Ti3C2材料。
[0013]所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其中，所述声表面波的功率为2
‑
3W，波长为180～220μm，所述第一预设时间为3
‑
8min。
[0014]所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其中，所述第二预设时间为5～10s。
[0015]所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其中，未施加所述声表面波时，所述基片与所述多层MXene材料分散液的液面的距离为0.8～1.1mm。
[0016]一种大面积MXene薄膜，其中，采用如上任一所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法制备得到。
[0017]一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备设备，其中，包括基底、水槽壁、至少一组叉指电极和信号发生器，所述水槽壁设置于所述基底上，所述水槽壁与所述基底组成水槽；至少一组所述叉指电极设置于所述基底上，位于所述水槽壁的周围；其中，每组所述叉指电极包括至少四个围绕所述水槽壁均匀分布的电极头；所述信号发生器与所述电极头连接；任意两个所述电极头所处的水平面高度不同。
[0018]所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备设备，其中，所述电极头包括粘附层和叉指电极层，所述粘附层设置在所述基底和所述叉指电极层之间，所述叉指电极层的叉指对的对数为2～6对。
[0019]所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备设备，其中，所述粘附层的厚度为5～15nm；所述叉指电极层的厚度为90～110nm，所述叉指电极层的指条宽度和指条间隔均为45～55μm。
[0020]有益效果：本专利技术公开了一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，通过声表面波激励水槽中的多层MXene材料分散液的液滴定向高速旋转，为所述多层MXene材料分散液提供定向的剪切力，从而对多层MXene材料进行层状剥离而不会破坏其横向结构，从而使剥离出的单层MXene薄膜的平均横向尺寸面积大，增强电导率；然后，将基片覆盖在水槽的开口处，利用声波驱动微流在基片上旋涂单层MXene薄膜，及时转移单层MXene薄膜，而且涂覆均匀，成膜效果好，制备的气敏元件的灵敏度高，使用性能好，实用性高。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法的流程图；
[0022]图2为本专利技术的基于声表面波的大面积MXene薄膜的结构示意图；
[0023]图3为本专利技术的基于声表面波的大面积MXene薄膜与基片的装配图；
[0024]图4为本专利技术的基于声表面波的大面积MXene薄膜的AFM(原子力显微镜)图；
[0025]图5为本专利技术的基于声表面波的大面积MXene薄膜的SEM(扫描电子显微镜)图。
[0026]其中，10、基底；20、水槽壁；30、水槽；40、电极头；50、基片。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法和制备设备，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]一般来说，二维MXene材料的剥离方式通常采用超声剥离，但是由于产生的超声方向是无序的，材料在长时间的超声作用下，MXene材料的横向尺寸会随着超声时间的增加而减小，不利于制备大面积的单层MXene薄膜。本专利技术提供了一种基于声表面波的大面积
MXene薄膜的制备方法和制备设备，通过叉指电极产生的声表面波提供剪切力将多层MXene剥离成单层Mxene，并利用其产生的声流在基片上旋涂形成薄膜。
[0029]如图1所示，本专利技术公开的一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法包括：
[0030]S100、提供水槽；
[0031]S200、将多层MXene材料分散液置于所述水槽内，通过至少一组叉指电极对所述水槽施加交流电，通过电声转换效应产生声表面波以剪切所述多层MXene材料分散液，并持续第一预设时间；
[0032]S300、将基片覆盖所述水槽的开口并持续第二预设时间，在所述基片上旋涂得到单层MXene材料。
[0033]本实施例中使用的多层MXene材料分散液是通过将多层的二维MXene材料分散在水中或有机溶剂中制备得到，可选的，有机溶剂可选自乙醇、丙醇、乙酸乙酯中的一种或多种；本实施例中对盛有多层MXene材料分散液的水槽施加至少一组相对的声表面波，至少一组声表面波的声波传播至水槽后，水槽中的液滴吸收了声辐射力，使液滴发生定向高速旋转，而处于不同水平面的液滴的旋转速度不相同，因此相邻的水平面的液滴之间产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其特征在于，包括：提供水槽；将多层MXene材料分散液置于所述水槽内，通过至少一组叉指电极对所述水槽施加交流电，通过电声转换效应产生声表面波以剪切所述多层MXene材料分散液，并持续第一预设时间；将基片覆盖所述水槽的开口并持续第二预设时间，在所述基片上旋涂得到单层MXene材料。2.根据权利要求1所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其特征在于，所述多层MXene材料分散液的浓度为0.2～1mg/mL。3.根据权利要求1所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其特征在于，所述多层MXene材料为选择性刻蚀Ti3AlC2中的金属Al所制成的风琴状Ti3C2材料。4.根据权利要求1所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其特征在于，所述声表面波的功率为2
‑
3W，波长为180～220μm，所述第一预设时间为3
‑
8min。5.根据权利要求1所述的基于声表面波的大面积MXene薄膜的制备方法，其特征在于，所述第二预设时间为5～10s。6.根据权利要求1所述的基于声表面波的大面积MXene...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗景庭，周楷尧，陈泽荣，陶然，付琛，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：