一种MXene银纳米线复合薄膜柔性应变传感器及其制备方法

本发明涉及柔性应变传感器，具体涉及一种mxene银纳米线复合薄膜柔性应变传感器及其制备方法。

背景技术：

1、随着智能产品的快速发展，柔性电子设备如腕带和基于人体皮肤的柔性电子设备引起了人们极大的兴趣。现有的柔性传感器可实现与皮肤接触从而实现对人的物理、化学、生物以及所处环境状态的实时监测，将物理刺激信号转化为电子信号，传输到的电子信号通过放大电路放大信号从而促使相应的电子元件做出反应。

2、柔性应变传感器的核心一般是柔性导电材料，由可拉伸的透明柔性衬底封装，以防止其容易被破坏及使得器件和皮肤贴合得更加密切。柔性衬底如聚二甲基硅氧烷，聚对苯二甲酸乙二酯，聚酰亚胺或聚氯乙烯；导电材料如银纳米线、金纳米线、铜纳米线、碳纳米管、石墨烯、mxene和导电聚合物。

3、柔性应变传感器具有良好的拉伸性和皮肤附着力，在人类健康监测应用方面已经做了大量的工作，并取得了令人印象深刻的成果。例如，柔性应变传感器设备被用于监测膝关节、手指、肘关节和手腕关节等大应变活动监测情况。然而，与大应变关节运动相比，健康相关的微弱人体生理运动通常是微弱的，因此监测微小应变运动正在迅速受到关注。柔性应变传感器用于个人健康监测的研究中，研究柔性应变传感器在呼吸、肌肉收缩和舒张、脉搏率等微弱生命活动监测以及远程护理监测方面的应用至关重要。

4、现目前用于微小应变的实时监测的应变传感器，其应变检测极限多在20%以上。为了更准确、快速地监测人体健康，特别是对脉搏、呼吸、心跳等微小应变的实时监测，柔性电子器件应满足极低检测线、高灵敏度和长期稳定性的要求。尽管在过去十年中取得了重大进展，但制备出具有低应变检测能力且高灵敏度的应变传感器亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明目的在于提供一种mxene银纳米线复合薄膜柔性应变传感器及其制备方法，制备过程安全环保，制备工艺简单且成本低廉，具有广泛的实用性和推广价值；本发明制备得到的轻质柔性的mxene/银纳米线复合薄膜柔性应变传感器传感性能优异，在小应变具有非常高的灵敏度，能够满足于个人健康监测中呼吸、肌肉收缩和舒张、脉搏率等微弱生命活动监测以及远程护理监测方面的要求，可以更准确、快速地监测人体健康，特别是对脉搏、呼吸、心跳等微小应变的实时监测。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种mxene银纳米线复合薄膜柔性应变传感器及其制备方法，包括以下步骤：步

4、骤1，获得mxene分散液；步骤2，获得银纳米线分散液；步骤3，得到mxene/银纳米

5、线复合薄膜；步骤4，对mxene/银纳米线复合薄膜贴上导线进行封装，其特征在于，步骤1中mxene分散液中mxene用量为20mg，步骤2中银纳米线分散液中银纳米线长度为10-20微米，步骤3中mxene/银纳米线分散液中mxene与银纳米线的质量比为2:1、2:2、2:4中的一种，制备过程采用将mxene/银纳米线分散液均匀分散、真空过滤在工具膜上，获得具有三维导电网络结构mxene/银纳米线复合薄膜。

6、本发明通过控制mxene/银纳米线复合薄膜的制备条件，即通过对mxene用量、银纳米线长度和mxene/银纳米线分散液中mxene与银纳米线的质量比采用真空过滤的方式最终获得了一种在0-1%应变下，灵敏度高达9472，且检测极限低至0.05%的柔性传感器。

7、mxene分散液 和银纳米线分散液的质量浓度均为2mg/ml。

8、步骤2中采用水热法进行银纳米线的制备，由葡萄糖、硝酸银和氯化钠制备得到agcl胶

9、体溶液，将agcl胶体溶液离心洗涤、超声处理得到银纳米线，反应温度为160℃，反应时间为24h。超声处理具体为：将银纳米线分散液在120w下冰浴超声处理1h来解决银纳米线分散团聚分散不均的问题。

10、骤2中采用多元醇法制备银纳米线，还原剂为氯化铜、氯化铁和氯化锌中的一种，反应温度为140℃，反应时间为2.5-3.5h。本发明中两种银纳米线的制备上都能获得长度为10-20微米的银纳米线。多元醇法的方法在现有技术中选择氯化铜，且在140℃下反应2.5-3.5h，能够获得更均匀分散、长度为10-15微米的银纳米线，解决了银纳米线团聚的问题，而水热法制备得到的银纳米线需经过多次超声分散且剔除团聚的银纳米线，因此相对于本发明来说，选择多元醇法更能提升银纳米线的产率及节省工序。

11、还原剂为氯化铜。

12、mxene分散液中的mxene为单层或少层。

13、根据前述的制备方法获得的mxene/银纳米线复合薄膜柔性应变传感器。在0-1%应变下，灵敏度高达9472。检测极限低至0.05%。

14、本发明的制备方法通过控制银纳米线的长度、mxene的用量、mxene和ag纳米线的质量比采用真空抽滤法，获得了具有三维导电网络结构mxene/银纳米线复合薄膜，以此膜制备得到的传感器具有在小应变范围具有高灵敏度的优异性能。本发明制备得到的三维导电网络结构mxene/银纳米线复合薄膜厚度在90±2μm。

15、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

16、1、本发明该制备方法简便可行，具有较低的生产成本，易于量化生产。

17、2、本发明制备得到的柔性应变传感器在0-1%应变下，灵敏度高达9474。检测极限低至0.05%，对于应用在脉搏、呼吸、心跳等微小应变的实时监测上，满足极低检测线、高灵敏度和长期稳定性，具有极大的优势。

技术特征：

1.一种mxene银纳米线复合薄膜柔性应变传感器及其制备方法，包括以下步骤：步

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，mxene分散液 和银纳米线分散液的质量浓度均为2mg/ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中采用水热法进行银纳米线的制备，由葡萄糖、硝酸银和氯化钠制备得到agcl胶体溶液，将agcl胶体溶液离心洗涤、超声处理得到银纳米线，反应温度为160℃，反应时间为24h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中采用多元醇法制备银纳米线，还原剂为氯化铜、氯化铁和氯化锌中的一种，反应温度为140℃，反应时间为2.5-3.5h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还原剂为氯化铜。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，mxene分散液中的mxene为单层或少层。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法获得的mxene/银纳米线复合薄膜柔性应变传感器。

8.根据7所述的mxene/银纳米线复合薄膜柔性应变传感器，其特征在于，在0-1%应变下，灵敏度为9474。

9.根据7所述的mxene/银纳米线复合薄膜柔性应变传感器，其特征在于，检测极限低至0.05%。

技术总结
本发明公开了一种MXene银纳米线复合薄膜柔性应变传感器及其制备方法，包括以下步骤：步骤1，获得MXene分散液；步骤2，获得银纳米线分散液；步骤3，得到MXene/银纳米线复合薄膜；步骤4，对MXene/银纳米线复合薄膜贴上导线进行封装，步骤1中MXene分散液中MXene用量为20mg，步骤2中银纳米线分散液中银纳米线长度为10‑20微米，步骤3中MXene/银纳米线分散液中MXene与银纳米线的质量比为2:1、2:2、2:4中的一种，制备过程采用将MXene/银纳米线分散液均匀分散、真空过滤在工具膜上，获得具有三维导电网络结构MXene/银纳米线复合薄膜。本发明该制备方法简便可行，具有较低的生产成本，易于量化生产。本发明制备得到的柔性应变传感器在0‑1%应变下，灵敏度高达9472。检测极限低至0.05%。

技术研发人员：秦文峰,耿俊恒,李刚,彭皓,薛云升,龚国翀,庞杰,钟勉
受保护的技术使用者：中国民用航空飞行学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13