一种具有应变传感性能的制造技术

本发明专利技术公开了一种具有应变传感性能的

【技术实现步骤摘要】
一种具有应变传感性能的MXene/石墨烯梯度微褶皱结构的制备方法


[0001]本专利技术属于柔性电子
，具体涉及一种具有应变传感性能的
MXene/
石墨烯梯度微褶皱结构的制备方法，该柔性应变传感器可应用于健康监测
、
人体交互
、
电子皮肤中
。

技术介绍

[0002]柔性应变传感器因其巨大的灵活性
、
延展性
、
皮肤安装性和优异的传感能力，在医疗健康
、
人机界面和环境监测领域显示出广阔的发展前景
。
然而，在柔性应变传感器的几个评价指标中，灵敏度和应变范围难以实现同时提升限制了其作为高性能应变传感器的进一步发展
。
当施加外部应力时，高灵敏度通常通过破坏导电网络来实现，如：微裂纹的产生，从而导致传感范围的减小
。
因此，实现柔性应变传感器同时具有高灵敏度与大应变范围仍然是一个巨大的挑战
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是平衡同一材料中高灵敏度和宽应变范围之间的矛盾，而提供一种具有新型梯度微褶皱结构的
MXene/rGO
复合材料的柔性应变传感器
。
本专利技术结构简单
、
信号传输稳定
、
信号收集和处理方便
、
成本低廉，既能提高灵敏度，又可以增加应变范围
。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：具有新型梯度微褶皱结构的
MXene/rGO
复合材料的柔性应变传感器，是由
MXene/rGO
复合材料，通过抽滤
、
还原
、
预拉伸
、
封装得到
。
[0005]进一步的，上述具有新型梯度微褶皱结构的
MXene/rGO
复合材料的柔性应变传感器，按质量百分比，
MXene:rGO
＝
1:1。
[0006]具有新型梯度微褶皱结构的
MXene/rGO
复合材料的柔性应变传感器，包括如下步骤：
[0007]1)
将
MXene
胶体溶液与氧化石墨烯
(GO)
溶液
1:1
混合，通过超声分散得到
MXene/GO
混合液，再通过磁力搅拌器充分搅拌均匀，获得
MXene/GO
胶体溶液；
[0008]2)
将
MXene/GO
胶体溶液在抽滤装置下进行真空抽滤，将抽滤瓶置于倾斜平台上，通过真空抽滤得到
MXene/GO
复合薄膜；
[0009]3)
将步骤
2)
得到的
MXene/GO
复合薄膜置于氢碘酸
(HI)
中，进行还原，得到
MXene/rGO
复合薄膜；
[0010]4)
将步骤
3)
得到的
MXene/rGO
复合薄膜通过简单的预拉伸法构筑微褶皱结构，得到不同梯度变化的
MXene/rGO
复合褶皱薄膜；
[0011]5)
将步骤
4)
得到的
MXene/rGO
复合梯度微褶皱薄膜表面组装铜电极得到
MXene/rGO
复合梯度微褶皱应变传感器；
[0012]6)
将步骤
5)
得到的组装有电极的
MXene/rGO
复合梯度微褶皱薄膜进行封装处理，经聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
封装后，得到具有新型梯度微褶皱结构的
MXene/rGO
复合材料的
柔性应变传感器
。
[0013]进一步限定，步骤
1)
所述
MXene/rGO
胶体溶液具体制备步骤如下：
[0014]步骤
1.1
：
GO
溶液是通过改进的
Hummers
法制备的
。
将
20
～
25mL 98
％的浓硫酸
(H2SO4)
加入到烧杯中冷却至
‑1～
1℃
，加入
0.5
～
1.5g
天然石墨，搅拌
40
～
60min
，分次加入4～
6g
高锰酸钾
(KMnO4),
搅拌2～
4h
；搅拌结束后换掉冰浴，置于恒温水浴中进行第一次加热搅拌，冒泡放热搅拌
40
～
50min。
再转至高温恒温水浴锅中进行第二次加热搅拌，极缓慢的分次加入
70
～
90mL
蒸馏水，搅拌
10
～
20min
后，加入
50
～
70mL
蒸馏水稀释
。
再加入
350
～
370g5
％双氧水
(H2O2)
，出现金黄色，马上离心并倒掉离心液，洗涤至
pH
值在5～6左右
。
[0015]进一步限定，步骤
1.1
中
KMnO4在
25
～
30min
内分5～6次加入
。
[0016]进一步限定，步骤
1.1
中第一次加热搅拌的搅拌速率为
800
～
1000r/min
，温度控制在
35
～
45℃。
[0017]进一步限定，步骤
1.1
中第二次加热搅拌的搅拌速率为
400
～
500r/min
，温度控制在
70
～
90℃。
[0018]进一步限定，步骤
1.1
中第二次加热搅拌中加入蒸馏水，先分3次加入5～
10mL
，再分三次加入剩余的
55
～
60mL
蒸馏水
。
[0019]步骤
1.2
：
MXene
溶液是通过刻蚀法制备的
。
将3～
4g
氟化锂
(LiF)
与
30
～
50mL9mol/L
盐酸
(HCl)
加入到反应釜中，置于恒温水浴中进行第一次加热搅拌，搅拌结束后，分次加入
1.5
～
2.5g
碳化钛铝
(Ti3AlC2)
，全部加入后盖上盖子，置于恒温水浴中进行第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有应变传感性能的
MXene/rGO
梯度微褶皱结构的制备方法，其特征在于，所述备方法是按下述步骤进行的：步骤一
、
将
MXene
胶体溶液与氧化石墨烯
GO
溶液合，通过超声分散得到
MXene/GO
混合液，充分搅拌均匀，获得
MXene/GO
胶体溶液；步骤二
、
将
MXene/GO
胶体溶液在抽滤装置下进行真空抽滤，将抽滤瓶置于倾斜平台上，通过真空抽滤得到不同梯度变化的
MXene/GO
复合薄膜；步骤三
、MXene/GO
复合薄膜置于氢碘酸
HI
中，进行还原，得到
MXene/rGO
复合薄膜；步骤四
、
将具有超拉伸性能的丙烯酸膜
VHB4910
作为基底，
MXene/rGO
复合薄膜通过干法转移至丙烯酸膜
VHB4910
基底膜上，随着基底膜一同回缩时，薄膜会形成褶皱结构，厚度梯度的薄膜由此形成梯度褶皱结构
。2.
根据权利要求1所述一种具有应变传感性能的
MXene/rGO
梯度微褶皱结构的制备方法，其特征在于，步骤一所述
MXene/GO
胶体溶液是通过下述步骤实现的：步骤
1.1
：
GO
溶液是通过改进的
Hummers
法制备的，将
98
％的浓硫酸
H2SO4冷却至
‑1～
1℃
，加入天然石墨，搅拌，分次加入高锰酸钾
KMnO4搅拌；搅拌结束后换掉冰浴，置于恒温水浴中进行第一次加热搅拌，冒泡放热搅拌
40
～
50min
，再转至高温恒温水浴锅中进行第二次加热搅拌，极缓慢的分次加入蒸馏水，搅拌后，加入蒸馏水稀释，再加入5％双氧水
H2O2，出现金黄色，马上离心并倒掉离心液，洗涤至
pH
值在5～6；步骤
1.2
：
MXene
溶液是通过刻蚀法制备的，将氟化锂
LiF
与盐酸
HCl
加入到反应釜中，置于恒温水浴中进行第一次加热搅拌，搅拌结束后，分次加入碳化钛铝
Ti3AlC2，全部加入密闭，置于恒温水浴中进行第二次加热搅拌，搅拌结束后，进行离心并倒掉离心液，先用
HCl
将未反应完全的
LiF
清洗干净，洗涤至中性，将产物倒入洗气瓶中，并放入超声仪中超声，同时对其进行通气鼓泡处理，结束后进行离心，上层清液即为
MXene
溶液；步骤
1.3
：通过改进的
Hummers
法得到的
GO
溶液，将其稀释至
0.1mg/mL
，并与浓度为
0.1mg/mL
的
MXene
溶液混合，搅拌，超声处理，再次搅拌至均匀，获得
MXene/GO
胶体溶液
。3.
根据权利要求2所述一种具有应变传感性能的
MXene/rGO
梯度微褶皱结构的制备方法，其特征在于，步骤
1.1
中，
KMnO4在
25
～
30min
内分5～6次加入
。4.
根据权利要求2所述一种具有应变传感性能的
MXene/rGO
...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚振明，郭浩霞，陶然，范晓星，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：