【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感材料与器件设计领域，具体涉及一种微型应变传感器及其制备方法和应用。特别涉及一种基于微裂纹机理的大工作范围、高使用寿命、具有超低检测限、高灵敏度传感器及高密度传感阵列。其主要用于人体运动信息成像，医学3d成像，在人机交互、电子皮肤、仿生机器人、三维成像等领域具有巨大应用前景。
技术介绍
1、随着柔性电子设备的推广，柔性可穿戴传感器及阵列引起了人们的广泛关注。在中医诊脉领域，高灵敏度、高精度传感器阵列可以实现脉搏瞬时跳动的三维成像。传感器单元在拉伸过程中，由于导电纳米材料产生大尺寸裂纹，不仅导致器件的尺寸较大，阵列密度降低，而且工作范围较小，无法适应大应变。向传感器中引入弹性聚合物、褶皱结构或仿生结构可以提高工作范围，但是灵敏度却急剧降低。因此，开发具有超低检测限、高灵敏度、大工作范围的传感器及高密度阵列具有重要意义。
2、中国专利公开号cn213242596u公布了一种传感器阵列。该传感器阵列的分辨率为60μm，但是其结构复杂，制备工艺繁琐。中国专利公开号cn113739961a公布了一种柔性压力传感器阵列及其制造方法。该柔性压力传感器阵列可以在三维表面进行压力检测，但是分辨率为1-10mm，对于人体脉搏跳动等微小形变难以进行三维成像。非专利文献(compositesscience and technology,2020,200:108437)介绍了一种将碳纳米颗粒静电自组装到聚氨酯海绵上的柔性高性能应变传感器，所述应变传感器的工作范围为60％，灵敏度高达43000，基于该应变传感器的高灵敏度，制备了
3、因此，开发一种具有大工作范围、高灵敏度、高使用寿命、超低检测限的传感器及高密度阵列仍然具有挑战性，也是目前研究的重要课题。
技术实现思路
1、目前大多数传感器单元在拉伸过程中，由于导电纳米材料产生大尺寸裂纹，不仅导致器件的尺寸较大，阵列密度降低，而且工作范围较小，无法适应大应变。基于此，本专利技术提供了一种微型应变传感器及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种微型应变传感器的制备方法，其包括以下步骤：
3、s1、以n,n-二甲基甲酰胺为溶剂将巯基修饰的碳化钛纳米片配置为分散液a，以乙醇为溶剂将银纳米线配置为分散液b；采用层层自组装技术，将分散液a和分散液b依次且分多次涂覆在玻璃基底上，挥发溶剂，得到脆性的具有层状结构的导电薄膜；
4、s2、将弹性体溶液或弹性体前驱液涂覆在导电薄膜表面，加热蒸发溶剂或固化以在导电薄膜表面形成柔性基底，将带有柔性基底的导电薄膜从玻璃基板上撕下，得到传感器主体；
5、s3、通过激光刻蚀技术，在传感器主体上刻蚀出面积为0.25-100mm2的区域作为微型应变传感单元；
6、s4、通过印刷或蒸镀技术，在微型应变传感单元中引入电极与连接线，得到微型应变传感器。
7、作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述巯基修饰的碳化钛纳米片通过以下步骤制备：
8、将γ-巯丙基三乙氧基硅烷偶联剂滴加到去离子水和乙醇的混合溶液中，进行水解，将水解后的溶液滴加到mxene(ti3c2tx)水溶液中，并在加热条件下搅拌反应，将得到的悬浮液离心洗涤，得到巯基修饰的碳化钛纳米片。优选地，去离子水和乙醇按体积比5：1混合。
9、作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述层层自组装技术为逐层浸渍技术、逐层喷涂技术、逐层旋涂技术中的一种。
10、作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述导电薄膜为多层结构，总厚度为0.5-3微米。
11、作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述柔性基底为苯乙烯类嵌段共聚物型热塑性弹性体或硅胶弹性体聚二甲基硅氧烷，或者为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚4-甲基戊烯、聚乙烯醇、聚酰胺热、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氧化乙烯、聚烯烃热塑性弹性体中的一种；所述苯乙烯类嵌段共聚物型热塑性弹性体为sbs、sebs或sis。所述柔性基底为弹性体材质，用于包埋导电薄膜，属于柔性传感器制备技术的常规操作。
12、作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤s3中刻蚀形成微型应变传感单元的区域为矩形，其长度为100-5000μm，宽度为100-5000μm。
13、作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤s3中，在传感器主体上刻蚀得到微型应变传感单元的数量为多个并呈阵列式分布；步骤s4中，通过印刷或蒸镀技术，在微型应变传感单元中引入电极与连接线，将呈阵列式分布的微型应变传感单元构建成高密度应变传感阵列。
14、作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述高密度应变传感阵列中微型应变传感单元的密度为1-100个每平方厘米。
15、根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种微型应变传感器，其采用上述的方法制备得到。
16、根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种微型应变传感器的应用，以将微型应变传感器应用于柔性三维脉象采集及信号处理、物质感知与识别或人机交互界面。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益技术效果：
18、1)本专利技术通过利用银纳米线和巯基修饰的碳化钛纳米片(s-mxene)之间形成的ag-s配位键，得到具有层状结构的导电薄膜，并转移包埋在弹性体中，通过对导电薄膜进行刻蚀，以及通过印刷或蒸镀技术将导电材料形成引线和电极，该制备方法简单，材料易得，利于规模化化工业生产。
19、2)本专利技术通过s-mxene表面巯基与银纳米线表面银原子形成键能高的、动态可逆的硫-银(s-ag)配位键，来调控脆性导电薄膜中的应力分布与裂纹生长行为，在导电薄膜中形成高密度的微纳裂纹网络，从而解决裂纹应变传感器不能小型化的问题，利用高密度的微小裂纹可明显降低应变范围下限，从而提高应变范围上限。
20、3)本专利技术解决了裂纹应变传感器不能小型化的问题，所得微型应变传感器的传感面积可低至0.25mm2，传感器在应0.0005-40％应变范围内能实现电阻值的巨大变化，具有优异的传感灵敏度、快速的响应时间、优异的传感稳定性等。高密度应变传感阵列的传感单元密度可达100个每平方厘米，可应用于柔性三维脉象采集及信号处理分析等，这是当前大部分传感器所不能达到的。
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1.一种微型应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述巯基修饰的碳化钛纳米片通过以下步骤制备：
3.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述层层自组装技术为逐层浸渍技术、逐层喷涂技术、逐层旋涂技术中的一种。
4.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述导电薄膜为多层结构，总厚度为0.5-3微米。
5.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性基底为苯乙烯类嵌段共聚物型热塑性弹性体或硅胶弹性体聚二甲基硅氧烷，或者为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚4-甲基戊烯、聚乙烯醇、聚酰胺热、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氧化乙烯、聚烯烃热塑性弹性体中的一种；所述苯乙烯类嵌段共聚物型热塑性弹性体为SBS、SEBS或SIS。
6.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，步骤S3中刻蚀形成微型应变传感单元的区域为矩形，其长度为100-5000μm，宽度为100-500
7.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在传感器主体上刻蚀得到微型应变传感单元的数量为多个并呈阵列式分布；步骤S4中，通过印刷或蒸镀技术，在微型应变传感单元中引入电极与连接线，将呈阵列式分布的微型应变传感单元构建成高密度应变传感阵列。
8.根据权利要求7所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述高密度应变传感阵列中微型应变传感单元的密度为1-100个每平方厘米。
9.一种微型应变传感器，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的方法制备得到。
10.一种权利要求9所述的微型应变传感器的应用，其特征在于，将微型应变传感器应用于柔性三维脉象采集及信号处理、物质感知与识别或人机交互界面。
...【技术特征摘要】
1.一种微型应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述巯基修饰的碳化钛纳米片通过以下步骤制备：
3.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述层层自组装技术为逐层浸渍技术、逐层喷涂技术、逐层旋涂技术中的一种。
4.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述导电薄膜为多层结构，总厚度为0.5-3微米。
5.根据权利要求1所述的微型应变传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性基底为苯乙烯类嵌段共聚物型热塑性弹性体或硅胶弹性体聚二甲基硅氧烷，或者为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚4-甲基戊烯、聚乙烯醇、聚酰胺热、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氧化乙烯、聚烯烃热塑性弹性体中的一种；所述苯乙烯类嵌段共聚物型热塑性弹性体为sbs、sebs或sis。
6.根...
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