[发明专利]一种导电天然橡胶泡沫压力传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种导电天然橡胶泡沫压力传感器及其制备方法和应用。所述导电天然橡胶泡沫压力传感器以天然橡胶泡沫为载体，以MXene为负载物，天然橡胶泡沫和MXene通过硅烷偶联剂连接；制备方法包括：将天然橡胶泡沫置于硅烷偶联剂分散液中浸渍处理后取出烘干，得到硅烷偶联剂连接的天然橡胶泡沫；将硅烷偶联剂连接的天然橡胶泡沫置于MXene分散液中二次浸渍处理后烘干得到导电天然橡胶泡沫压力传感器。本发明方法可显著提升MXene材料在天然橡胶泡沫中的负载能力，提高所制备压力传感器的使用寿命和输出结果的稳定性、准确性。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种导电天然橡胶泡沫压力传感器及其制备方法和应用。

背景技术

压力传感器作为可穿戴电子设备的大家族成员之一，已经吸引了越来越多的关注，它们在医疗保健、人机互动、电子皮肤、物联网等领域被广泛应用。

MXene是片状类石墨烯的二维材料，具有类似金属导电性。此外，由于与氧化石墨烯具有相似的表面官能团，MXene在多种溶剂中具有良好的溶解性(包括水和一些极性较强的有机溶剂)。因此，由于其独特的结构和电学性能，MXene在储能(如超级电容器、锂(钠)离子电池、和太阳能电池)、抗电磁辐射(电磁屏蔽和吸波)、传感器(如气体传感器、机械传感器等)、水净化、介电复合材料等领域有着广阔的应用前景。由于MXene在分散能力和导电性方面的优势，在制备压力传感器方面具有显著的潜力。但是，基于MXene与橡胶类基材结合力不高的技术问题，将其制备同时具有高灵敏度和较大工作应力范围的柔性应力传感器仍然存在挑战。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种导电天然橡胶泡沫压力传感器及其制备方法和应用，以满足现有技术中对于压力传感器高的灵敏性和大工作应力范围的要求。

本发明的技术方案之一，一种导电天然橡胶泡沫压力传感器，以天然橡胶泡沫为载体，以MXene为负载物，天然橡胶泡沫和MXene通过硅烷偶联剂连接。

进一步地，所述天然橡胶泡沫的孔隙率30-50％，孔直径0.5-1mm；所述MXene具体为Ti₃C₂Tx、Ti₃CNTx和Nb₄C₃Tx中的一种或多种，所述硅烷偶联剂的分子结构式为Y-R-Si(OR)₃，其中Y-为有机官能基，SiOR-为硅烷氧基，R为烷基。

进一步地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或多种。

进一步地，所述MXene为MAX通过湿法刻蚀法制备而成的，具体包括以下步骤：搅拌条件下，将MAX材料缓慢加入含有LiF和盐酸溶液的反应器中磁力搅拌下室温反应后去离子水洗涤、离心、超声，得到片状MXene材料。

在刻蚀法制备MXene的过程中引入了-OH,-O,(HCl中水引入的)和-F官能团，这些官能团可以和天然橡胶泡沫中的蛋白质等成分形成氢键作用力，使其相互结合力能力更强。

进一步地，所述盐酸溶液的浓度为9M，所述MAX材料、LiF和盐酸溶液的质量体积比为0.5g：0.8g：10mL；室温反应时间为24h。

本发明的技术方案之二，上述导电天然橡胶泡沫压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)将天然橡胶泡沫置于硅烷偶联剂分散液中浸渍处理后取出烘干，得到硅烷偶联剂连接的天然橡胶泡沫；

(2)将硅烷偶联剂连接的天然橡胶泡沫置于MXene分散液中二次浸渍处理后烘干得到导电天然橡胶泡沫压力传感器。

进一步地，还包括重复步骤(2)的浸渍过程2-8次。