一种MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法，包括1)二维MXene Ti3C2T

【技术实现步骤摘要】
一种MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法


[0001]本专利技术属于应力传感器
，具体涉及一种MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展和人们需求的提高，传统的硬电子逐渐不能满足人们的需求，应用于电子皮肤、软机器人、柔性传感器等领域的柔性电子材料逐渐兴起。2011年，美国德雷塞尔大学一研究小组发现一种新型的二维材料
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MXene，即二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物。Ti3C2Tx作为MXene材料的一种，具有优异的类金属导电性和丰富的表面官能团(
‑
OH，
‑
F，
‑
O)，被认为是最有前途的MXene材料，被广泛应用于柔性传感领域。
[0003]二维MXene Ti3C2Tx纳米片具有类金属的导电性，通常与柔性基底结合制备应力传感器，通过相互接触可以实现电子的快速转移。应力传感器中的MXene纳米片之间接触面积的大小影响着电流的通路，进而影响电阻的大小，最终实现电阻相对变化传感的目的。常见的柔性基底包括聚氨酯(PU)泡沫、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、橡胶、水凝胶、纤维纸等。其中，PU、PDMS等泡沫结构的聚合物以其多孔的三维蜂窝状结构而备受关注，其具有高孔隙率、高压缩性、大比表面积以及生物相容性，是制备基于MXene柔性传感器的良好基底。
[0004]目前，已有研究将MXene与多种柔性基底结合制备出能够检测电阻相对变化的柔性传感器，然而，目前大部分该类的研究中，MXene与柔性基底的连接方式为静电沉积和氢键连接，这种连接方式薄弱且不稳定的，在外力作用下会造成导电材料的脱落，进而造成柔性传感器的性能下降甚至失效。因此，开发一种新的MXene与柔性基底连接方式的柔性传感器十分必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法，本专利技术的MXeneTi3C2Tx纳米片与聚合物泡沫通过化学键连接，且二者界面粘合性增强，所制备的MXene/聚合物柔性应力传感器相比较于传统只采用静电沉积和氢键连接的MXene柔性传感器连接稳定性更强，应力传感器的传感性能更优，且应力传感器的使用寿命更长。
[0006]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
[0008]S1、二维MXene Ti3C2T
x
纳米片的制备
[0009]使用HCl+LiF刻蚀液刻蚀Ti3AlC2粉末，在45℃～50℃条件下搅拌刻蚀24～48h，刻蚀结束后洗涤至上清液的pH为中性，继续洗涤离心并取上清液，冷冻干燥72h后得到二维MXene Ti3C2T
x
纳米片，备用；
[0010]S2、二维MXene Ti3C2T
x
纳米片的处理
[0011]S201、取一定质量的上述二维MXene Ti3C2T
x
纳米片并分散于水中，并添加乙酸使
得反应介质呈酸性，多次洗涤后冷冻干燥备用；
[0012]S202、使用水/乙醇的混合溶液分散上述冷冻干燥后的二维MXene Ti3C2T
x
纳米片，并向混合溶液中缓慢滴加硅烷偶联剂，搅拌8～24h；
[0013]S203、用水/乙醇混合溶液清洗掉未反应的偶硅烷联剂与杂质，然后将二维MXene Ti3C2T
x
纳米片冷冻干燥备用；
[0014]S3、聚合物泡沫处理
[0015]S301、将聚合物泡沫裁切成正方体，使用乙醇和去离子水反复清洗，并在氮气环境下充分干燥；
[0016]S302、使用二苯甲酮的乙醇溶液浸泡上述聚合物泡沫，使二苯甲酮在聚合物网络中扩散，渗入聚合物网络作为光引发剂，将处理过的聚合物泡沫用乙醇和去离子水清洗，在氮气环境下充分干燥；
[0017]S4、MXene/聚合物柔性应力传感器的制备
[0018]S401、将上述步骤S202用硅烷偶联剂修饰过的二维MXene Ti3C2T
x
纳米片配置为质量分数0.2～0.4wt％的分散液，向分散液中加入光引发剂，将处理过的聚合物泡沫浸入分散液中，在紫外光下聚合反应24h，洗涤干燥；
[0019]S402、将上述步骤S401重复2～4次，获得界面粘合性强的MXene/聚合物复合泡沫；
[0020]S403、在上述MXene/聚合物复合泡沫的上、下两端粘结铜片，并导出铜线，即可制得化学键连接界面粘合性强的MXene/聚合物柔性应力传感器。
[0021]而且，所述步骤202中的硅烷偶联剂为3
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三甲氧基甲硅基甲基丙烯酸丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基乙烯基甲氧基硅烷或乙烯基甲基二乙氧基硅烷的任意一种。
[0022]而且，所述步骤301中的聚合物泡沫为聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚酰亚胺(PI)的任意一种。
[0023]而且，所述步骤401中的光引发剂为水性光引发剂2959(IHT
‑
PI659)、光引发剂819(XBPO)、光引发剂1173(HMPP)、光引发剂184(HCPK)或二苯甲酮(BP)的任意一种，所述光引发剂的质量分数为0.1～0.4wt％。
[0024]而且，所述步骤S202中水/乙醇的混合溶液，水的质量分数为10～20wt％。
[0025]而且，所述步骤S202中硅烷偶联剂的质量为Ti3C2T
x
质量的2～10倍。
[0026]而且，所述步骤S302中二苯甲酮的乙醇溶液，二苯甲酮的质量分数为10～20wt％。
[0027]本专利技术的优点和有益效果为：
[0028]1、本专利技术的MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法，操作简单方便，且能耗低，易于批量化生产。
[0029]2、本专利技术的MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法，制备的应力传感器能够灵敏检测电阻相对变化，有广阔的应用前景。
[0030]3、本专利技术的MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法，弥补了传统采用静电沉积和氢键连接的传感器耐用度低、导电材料易脱落的缺点，通过硅烷偶联剂的化学键接作用增强导电材料与基底之间的界面粘合作用，使应力传感器拥有更持久更耐用的传感能力，增强应力传感器使用寿命。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例1二维MXene纳米片通过硅烷偶联剂改性的示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例1二维MXene表面接枝的红外光谱图；
[0033]图3为本专利技术实施例1MXene/PU复合泡沫的结构示意图；
[0034]图4为本专利技术实施例1界面粘合增强MXene/PU复合泡沫的扫描电镜图；
[0035]图5为未经界面粘合增强MXene/PU复合泡沫的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene/聚合物柔性应力传感器的制备方法，其特征在于：所述方法的步骤为：S1、二维MXene Ti3C2T
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纳米片的制备使用HCl+LiF刻蚀液刻蚀Ti3AlC2粉末，在45℃～50℃条件下搅拌刻蚀24～48h，刻蚀结束后洗涤至上清液的pH为中性，继续洗涤离心并取上清液，冷冻干燥72h后得到二维MXene Ti3C2T
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纳米片，备用；S2、二维MXene Ti3C2T
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纳米片的处理S201、取一定质量的上述二维MXene Ti3C2T
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纳米片并分散于水中，并添加乙酸使得反应介质呈酸性，多次洗涤后冷冻干燥备用；S202、使用水/乙醇的混合溶液分散上述冷冻干燥后的二维MXene Ti3C2T
x
纳米片，并向混合溶液中缓慢滴加硅烷偶联剂，搅拌8～24h；S203、用水/乙醇混合溶液清洗掉未反应的偶硅烷联剂与杂质，然后将二维MXene Ti3C2T
x
纳米片冷冻干燥备用；S3、聚合物泡沫处理S301、将聚合物泡沫裁切成正方体，使用乙醇和去离子水反复清洗，并在氮气环境下充分干燥；S302、使用二苯甲酮的乙醇溶液浸泡上述聚合物泡沫，使二苯甲酮在聚合物网络中扩散，渗入聚合物网络作为光引发剂，将处理过的聚合物泡沫用乙醇和去离子水清洗，在氮气环境下充分干燥；S4、MXene/聚合物柔性应力传感器的制备S401、将上述步骤S202用硅烷偶联剂修饰过的二维MXene Ti3C2T
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纳米片配置为质量分数0.2～0.4wt％的分散液，向分散液中加入光引发剂，将处理过的聚合物泡沫浸入分散液中，在紫外光下聚合反应24h，洗涤干燥；S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洁，潘啸森，高萌，马晓军，邵明哲，高文华，赵嘉琪，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：