一种柔性导电疏水透气传感器的制备方法、传感器及应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性导电疏水透气传感器的制备方法，所述方法包括如下步骤：A)将MXene溶于水制备导电MXene溶液；B)将分散剂与松香酯溶于无水乙醇，制得疏水乳液粉体；将疏水乳液粉体溶于水中，制得疏水乳液；C)将纸基材依次浸渍在MXene溶液和疏水乳液中，干燥后得到柔性导电疏水透气传感器。本发明专利技术基于简单易操作的浸渍工艺，通过导电MXene和疏水乳液的协同作用，制备了兼具应变传感的透气防水可穿戴传感器。该方法制备的传感器透气疏水，能使穿戴者维持舒适的同时还便于清洁，并且制作过程中不含对环境有害的成分，绿色环保。绿色环保。绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性导电疏水透气传感器的制备方法、传感器及应用


[0001]本专利技术属于传感器
，尤其是一种柔性导电疏水透气传感器的制备方法、传感器及应用。

技术介绍

[0002]随着互联网、大数据和人工智能等技术的发展，各式各样的传感器逐渐深入到人类生活的方方面面，为了使传感器灵活，各种柔性基板应运而生。目前应用的柔性有机材料(例如聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))等有机基质难以降解，导致电子污染，给环境造成了很大负担。另一方面，传感材料与有机基底之间的弱亲和力常常导致传感材料在变形过程中分离，这极大地限制了它们的耐久性。另外，传感器的制备大多数依赖于微电子制造工艺，涉及复杂的制造工艺，昂贵的仪器和材料所带来的高昂费用限制了它们的应用。因此通过简单的制作工艺，开发出一种疏水透气、低成本、高性价比且绿色环保的新型柔性传感器成为传感器发展的重中之重。
[0003]近年来，纤维素纸作为一种柔性、低成本、轻质、可定制、环保、可降解和可再生的材料，纸基传感器备受关注。然而，由于纸张纤维固有的吸水特性，纸张极易受到来自外部环境的湿气和穿着者汗水的影响，导致装置的传感性能和穿着者穿着舒适度降低。因此，能够有效抵抗液态水渗透并允许水蒸气传输的防水和透气的基材对于构造柔性和舒适的可穿戴传感器至关重要。专利申请号为202110375658.0公开了一种基于聚吡咯和聚苯胺制备高耐久性疏水传感器的方法，但该专利公开文献所制备的传感器存在透气性差，环境有害的缺点。专利申请号为201911204604.7公开了一种基于双组份聚氨酯线的高可拉伸柔性应变传感器及其制备方法，该方法所制备的硅橡胶基传感器仍存在透气性差，舒适性差，环境污染等问题。专利申请号为202010229770.9提出了柔性透明导电疏水纸张及其制备方法，该方法制备的纸张具有良好的柔性、耐弯折、疏水防潮、高透性、导电性等特性，但该方法成本高，不透气，穿戴舒适性差。
[0004]因此可以看出，现有技术中的传感器不能完全满足使用者的需求，因此亟需一种或几种新的传感器。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术上存在的问题，提供一种柔性导电疏水透气传感器的制备方法、传感器及应用。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种柔性导电疏水透气传感器的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]A)将MXene溶于水制备导电MXene溶液；
[0009]B)将分散剂与松香酯溶于无水乙醇，制得疏水乳液粉体；将疏水乳液粉体溶于水中，制得疏水乳液；
[0010]C)将纸基材依次浸渍在MXene溶液和疏水乳液中，干燥后得到柔性导电疏水透气
传感器。
[0011]进一步地，所述导电MXene溶液在室温下超声处理30分钟后密封保存，备用。
[0012]进一步地，所述步骤B)中松香酯选自松香甘油酯、松香酸甲酯、松香酸乙酯、松香酸聚氧乙烯酯、季戊四醇松香酸酯、乙二醇松香酸酯中的至少一种；
[0013]或者，所述步骤B)中分散剂选自单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯、木质素磺酸钠、碱木质素、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。
[0014]进一步地，所述步骤A)中导电MXene溶液的浓度为1
‑
10mg/mL；
[0015]或者，所述MXene和松香酯的质量比为1:20
‑
70；
[0016]或者，所述步骤B)中疏水乳液中的疏水乳液粉体的质量浓度为5
‑
20％。
[0017]进一步地，所述MXene和松香酯的质量比为1:50，所述导电MXene溶液的浓度为5mg/mL；
[0018]或者，所述步骤B)中疏水乳液中的疏水乳液粉体的质量浓度为10％。
[0019]进一步地，所述步骤C)中纸基材为针叶木浆，打浆度为30
°
SR，定量为60g/m2。
[0020]进一步地，所述疏水乳液的制备过程如下：
[0021](1)按质量比1:1称取分散剂和松香酯，将其溶于无水乙醇中，室温下磁力搅拌2～3小时至完全溶解；
[0022](2)将上述溶液经旋转蒸发，回收乙醇，得到疏水乳液粉体；
[0023](3)取疏水乳液粉体溶于水中混合，疏水乳液粉体：水的质量比为1～2：10，所得混合液超声分散0.5～3小时，得到疏水乳液。
[0024]进一步地，所述步骤C)具体包括如下步骤：
[0025](1)将纸基材裁剪成2
×
10cm的长条，浸渍于步骤A)制备的导电MXene溶液中5～10分钟，取出并真空干燥5分钟，共重复浸渍、干燥2～3次；
[0026](2)将上述浸渍MXene溶液的纸基材浸渍于步骤B)制备的疏水乳液中5～10分钟，取出并真空干燥5分钟，共重复浸渍、干燥2～4次，即获得柔性导电疏水透气传感器。
[0027]如上所述的制备方法制备得到的柔性导电疏水透气传感器。
[0028]如上所述的柔性导电疏水透气传感器在人体关节运动监测产品制备方面中的应用。
[0029]本专利技术取得的有益效果是：
[0030]1、本专利技术基于简单易操作的浸渍工艺，通过导电MXene和疏水乳液的协同作用，制备了兼具应变传感的透气防水可穿戴传感器。该方法制备的传感器透气疏水，能使穿戴者维持舒适的同时还便于清洁，并且制作过程中不含对环境有害的成分，绿色环保。
[0031]2、本专利技术柔性导电疏水透气传感器制备工艺简单，反应条件温和可控，适于大规模制造，拥有着广阔的应用前景。
[0032]3、本专利技术开创性地探索了绿色可再生木质素和松香酯的协同疏水作用，并将其应用于柔性传感领域。
[0033]4、本专利技术制备的传感器透气防水，最优接触角可达133
°
，弯曲响应性能优异，适用于较长时间的重复使用，可用于监测人体关节运动。本专利技术传感器基于MXene，透气防水柔性，且可穿戴，由内而外包括柔性可降解纸基材、功能层和疏水层。其中，功能层为MXene网络，疏水层为松香酸乙酯。
[0034]5、本专利技术制备方法是以纸张为基材，在纸基材表面浸渍MXene溶液来保证其导电性能，在此基础上再次浸渍疏水乳液，满足传感器的疏水透气要求。本专利技术所得传感器具有低成本、透气、疏水和绿色环保等特点，可用作人体关节运动的检测。
[0035]6、本专利技术方法所制备的传感器不仅对弯曲具备良好的响应，并且具备优异的疏水性和透气性，制备过程绿色高效，可以应用于人体运动检测。
附图说明
[0036]图1为本专利技术中柔性导电疏水透气传感器的一种制备工艺流程图；
[0037]图2为本专利技术中实施例1柔性导电疏水透气传感器在不同弯曲角度下的相对电阻变化图；
[0038]图3为本专利技术中实施例1在0.15％应变下，不同弯曲速度时传感器的相对电阻变化图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性导电疏水透气传感器的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：A)将MXene溶于水制备导电MXene溶液；B)将分散剂与松香酯溶于无水乙醇，制得疏水乳液粉体；将疏水乳液粉体溶于水中，制得疏水乳液；C)将纸基材依次浸渍在MXene溶液和疏水乳液中，干燥后得到柔性导电疏水透气传感器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述导电MXene溶液在室温下超声处理30分钟后密封保存，备用。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤B)中松香酯选自松香甘油酯、松香酸甲酯、松香酸乙酯、松香酸聚氧乙烯酯、季戊四醇松香酸酯、乙二醇松香酸酯中的至少一种；或者，所述步骤B)中分散剂选自单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯、木质素磺酸钠、碱木质素、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤A)中导电MXene溶液的浓度为1
‑
10mg/mL；或者，所述MXene和松香酯的质量比为1:20
‑
70；或者，所述步骤B)中疏水乳液中的疏水乳液粉体的质量浓度为5
‑
20％。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述MXene和松香酯的质量比为1:50，所述导电MXene溶液的浓度为5mg/mL；...

【专利技术属性】
技术研发人员：安兴业，管敏，刘洪斌，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：