[发明专利]一种基于Mxene的多功能柔性力学传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Mxene的多功能柔性力学传感器及其制备方法，传感器的结构包括自下而上依次设置的基底层、三维多孔Mxene自支撑薄膜、封装层；所述基底层和封装层的大小和厚度相同；所述自支撑三维多孔Mxene薄膜的两端均通过涂覆的导电银浆与导电铜线连接。本发明实现了较大压力的测量，同时具有较高的灵敏度，另外该传感器可用于小范围应力的测量，可以实现对弯曲的响应。本发明的基于Mxene的多功能柔性力学传感器具有实现高灵敏度、高稳定性、高一致性、成本低和制作工艺简单的特点。

技术领域

本发明涉及柔性力学传感器技术领域，具体涉及一种基于Mxene的多功能柔性力学传感器及其制备方法。

背景技术

力学传感器是一种将机械形变转换成电信号的电子器件，在人类运动检测、健康诊断、智能服装和电子皮肤等领域有着广泛的应用前景。通常，传统的力学传感器是基于金属薄片或是半导体，可拉伸性较差，小于5％，这一缺点限制了传统力学传感器的应用范围。柔性力学传感器具有较大的延展性、良好的导电性、良好的重复性和耐久性，克服了传统力学传感器可拉伸性较差的缺点，可以满足上述领域对柔性测量的迫切需求。

从现有文献报道分析，可拉伸柔性传感器朝着高拉伸率、高灵敏度、多功能、小型化、生物适应性和高可靠性等方向发展，目前的工作主要集中在通过新材料的应用和新结构的设计，实现传感器单一信号采集性能的提升，或者通过多种传感器(包括刚性器件)的平面或立体集成实现多源信号的分别测量与分析(即一种传感器对应一种信号测量)，缺乏对传感器采集多源信号的研究，导致现有的压力传感器一般不能采集多源信号，只能采集的一种信号，要么只能采集拉伸载荷信号，要么只能采集压力载荷信号，从而限制了小型化和低成本的多功能可延展柔性传感器件的发展和应用。

因此，如何解决现有的压力传感器不能同时采集压力荷载信号和拉伸荷载信号已成为本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Mxene的多功能柔性力学传感器，解决了现有技术中传感器无法实现同时采集到压力载荷信号和拉伸载荷信号的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种基于Mxene的多功能柔性力学传感器的制备方法，解决了现有技术中心制备成本高，制备工艺复杂以及传感器无法实现同时采集到压力载荷信号和拉伸载荷信号等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于Mxene的多功能柔性力学传感器，其特征在于，所述传感器包括自下而上依次设置的基底层、三维多孔Mxene自支撑薄膜、封装层；所述基底层和封装层的大小和厚度相同；所述三维多孔Mxene自支撑薄膜的两端均通过涂覆的导电银浆与导电铜线连接。

进一步地，所述基底层与封装层材料均为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

进一步地，所述三维多孔Mxene自支撑薄膜为Ti₃C₂T_x，其中，T为材料表面官能团-O、-OH和/或-F，x为官能团数量。

一种上述的传感器的制备方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

步骤(1)将聚二甲基硅氧烷在65℃-75℃烘烤60-120分钟进行固化后，作为基底层；

步骤(2)通过刻蚀抽滤得到三维多孔Mxene自支撑薄膜，剪切后作为感应层置于基底层的上面；

步骤(3)在经步骤(2)得到的三维多孔Mxene自支撑薄膜两端分别涂覆导电银浆，并分别引出一根铜导线作为电极，进行固化；

步骤(4)将聚二甲基硅氧烷涂覆在经步骤(3)得到的三维多孔Mxene自支撑薄膜的表面作为封装层，并进行高温固化，制备得到基于Mxene的多功能柔性力学传感器。