[发明专利]一种柔性应变传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种柔性应变传感器及其制备方法和应用，其涉及柔性电子技术领域。该制备方法包括：制备导电材料MXene的分散液；将聚丙烯酰胺PAM作为柔性基体并制备成柔性基体溶液；通过导电材料MXene表面的带电基团和聚丙烯酰胺PAM表面的氨基和碳氧双键形成氢键的结合方式，将分散液和柔性基体溶液交替循环旋涂多次，得到层层结构的柔性应变传感器。该将导电材料MXene和柔性基体聚丙烯酰胺PAM通过层层循环旋涂的方法进行有效结合，在干燥固化成型后裁剪成合适的大小，固定于人体不同部位，对小幅度的生理活动进行监测。相比于其他灵敏度较低的传感器，能够辅助医师对帕金森疾病的临床症状进行有效诊断，对患者的治疗具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，特别涉及一种柔性应变传感器及其制备方法和应用。

背景技术

柔性应变传感器近年来被大规模用于健康监测，可对人体生理活动做出实时监测，帮助医师准确判断人体疾病。帕金森又名震颤麻痹，是一种影响患者神经中枢的慢性疾病，临床表现为身体不同部位无意识颤抖，早中期症状如手腕颤抖、手指颤抖等，晚期症状如头部晃动、肌肉僵直等(Sveinbjornsdottir S.The clinical symptoms of Parkinson's disease[J].Journal of Neurochemistry,2016,139:318-324.)。由于帕金森的临床症状表现微弱，身体运动幅度小于10％，难以进行量化诊断，对患者的诊断治疗造成了不小的阻碍。因此设计出一种在小应变范围内具有超高灵敏度的应变传感器，将其用于帕金森不同时期临床症状的诊断，对帕金森疾病的治疗具有十分重要的意义。

目前，柔性应变传感器主要受制于材料的发展，导电材料与柔性基体间无法产生强的界面作用，使传感器内部导电通路不能随外界刺激产生显著的电阻变化(Huang W,Dong X,Cai Y.Wearable and flexible electronic strain sensor[J].ChineseScience Bulletin,2016,62(7):635-649.)，导致传感器灵敏度较低。帕金森临床症状引起的很多人体生理运动(如手指颤抖、手腕颤抖、头部晃动等)的运动幅度很小，传感器无法有效捕捉这些生理活动，产生对应的传感信号。因此对这些人体生理活动的监测造成了困难，不利于疾病临床诊断的进行。

发明内容

基于上述背景技术中提出的技术问题：如何设计一种在小应变范围内具有超高灵敏度的应变传感器，本发明实施例提供一种柔性应变传感器及其制备方法和应用。

本发明实施例提供一种柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：

制备导电材料MXene的分散液；

将聚丙烯酰胺PAM作为柔性基体并制备成柔性基体溶液；

通过导电材料MXene表面的带电基团和聚丙烯酰胺PAM表面的氨基和碳氧双键形成氢键的结合方式，将分散液和柔性基体溶液交替循环旋涂多次，得到层层结构的柔性应变传感器。

进一步地，所述分散液的制备，包括以下步骤：

通过盐酸和氟化锂对钛碳化铝进行刻蚀以剥离钛碳化铝中的铝元素、离心洗涤、超声震荡分层、真空干燥后得到MXene粉末；

将MXene粉末均匀分散在分散溶剂中，形成不同浓度的分散液。

进一步地，所述盐酸浓度为6～10mol，，所述氟化锂与所述钛碳化铝的质量比为1：1。

进一步地，所述分散液浓度为50～80mg/mL。

进一步地，所述分散溶剂为无水乙醇、丙酮、二甲基亚砜或去离子水。

进一步地，所述分散液和所述柔性基体溶液的旋涂速度均为300～500r/min，所述分散液和所述柔性基体溶液的旋涂次数均为2～4次。