一种基于MXene/AgNWs复合薄膜的柔性可穿戴压阻传感器制备方法

一种基于mxene/agnws复合薄膜的柔性可穿戴压阻传感器制备方法
技术领域
1.本发明属于可穿戴柔性传感器的技术领域，具体地说，涉及一种基于mxene/agnws复合薄膜的柔性可穿戴压阻传感器的制备方法；基于mxene/agnws复合薄膜的柔性可穿戴压阻传感器主要用于健康监测、运动监测、运动监测、人工智能、可穿戴设备和人机交互等领域。


背景技术：

2.近年来，随着现代科技的进步和人们生活水平的提高，人们对于柔性可穿戴传感器的需求日益增长。压阻传感器以其制备简单、成本低、性能优异等优点，在健康监测、运动监测、人工智能、可穿戴电子设备和人机交互等领域具有广泛的应用，日益受到科研人员的广泛关注。然而，以往的柔性可穿戴压阻传感器仍然存在灵敏度低、响应速度慢、循环稳定性差、可穿戴性差和与人体相容性不好等方面的问题，严重限制了柔性压阻式传感器的应用。
3.现有技术存在的问题：
4.多孔结构的传感器由于其厚度大、不宜穿戴、灵敏度低等问题，制约了其的应用。
5.微结构传感器中，由与技术的限制微观结构制备的不理想，主要在于不可大规模制备、成本高、性能不理想。
6.导电薄膜制备困难，成本高、电阻大、机械性能不理想。
7.封装方法不理想，只是采用简单的封装，很难应用于工业生产与实际应用。


技术实现要素：

8.本发明要解决上述技术问题，而提供了一种内源性刺激响应的纳米催化肿瘤治疗系统及其制备方法。
9.为了提高柔性压阻传感器的性能，科研人员设计了多种微结构，比如微穹顶/微金字塔阵列、互锁结构、叶/花瓣模压图案和褶皱结构等等。其中褶皱结构，以其自身优异的性质而越来越受到研究人员的关注。
10.各种导电材料也被应用于传感器的设计中，尝试过的导电材料主要有碳材料(炭黑、碳纳米管、石墨烯等)、金属纳米材料(金属纳米线、金属纳米颗粒等)、mxene、金属有机框架、导电聚合物等等。mxene是一种新型的二维材料，它是二维过渡金属碳/氮化物，其具有高导电性、优异的导热性和良好的亲水性。mn+1xntx是其结构式，m是过渡金属(如ti、v、zr等)，x是碳或氮，t是存在于其中的一些官能团(如－oh，－o，－f等)，这些基团使其具备优异的亲水性。mxene在很多领域的应用中，如超级电容器、柔性传感器、能源、催化、电磁屏蔽等，扮演着重要的角色。十分适合于柔性压阻式传感器的制作。
11.agnws(银纳米线)具有特殊的一维纳米结构和优异的导电性，将agnws与mxene制备mxene/agnws复合导电薄膜，可使其具有优异的导电能力、良好的柔韧性和机械性能。可
作为柔性式传感器的导电薄膜使用。
12.pdms以其人体相容性好、无毒无害、机械性能优异和易于制备等优点，非常适合作为柔性可穿戴传感器的封装材料。
13.本发明采用真空抽滤法制备mxene/agnws复合薄膜，简单经济、性能优越。
14.本发明采用市售的3m胶带，使用预拉伸-释放的方法，制备了mxene/agnws复合褶皱结构导电膜，该方法经济、简便，并且性能十分优越。
15.本发明使用3m胶带和pdms进行封装，使传感器的性能充分发挥出来。特点是经济、简单，并且性能优越。
16.为了解决上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：
17.本发明一种基于mxene/agnws复合薄膜的柔性可穿戴压阻传感器制备方法，，所述制备方法是按下述步骤进行的：
18.步骤一、采用真空抽滤法制备mxene/银纳米线复合薄膜；
19.步骤二、对3m胶带预拉伸后，亲水性处理；
20.步骤三、将mxene/银纳米线复合薄膜粘在亲水性处理后3m胶带上，释放预拉伸，在3m胶带上获得褶皱结构薄膜，随后剪成大小一样的两块，获得两块电极；
21.步骤四、分别在两块电极上用导电银胶粘接一根铜导线,所述铜导线粘接在褶皱结构薄膜上，然后在3m胶带一侧再粘贴一块新的3m胶带；
22.步骤五、然后将褶皱面对面放置并将铜导线错开，并将其粘贴在一起，再在表面涂覆一层pdms，固化处理，冷却至室温，得到所述传感器；
23.其中，步骤四铜导线为除去绝缘层的铜导线，新的3m胶带大小保证覆盖电极。
24.进一步地限定，步骤一中采用砂芯过滤装置进行真空抽滤，所述复合薄膜是按下述步骤制备的：
25.步骤(一)先搭建装置，使用的滤膜为孔径为0.22微米的醋酸纤维素膜；
26.步骤(二)用移液枪移取mxene水溶液，真空抽滤；
27.步骤(三)用移液枪移取银纳米线溶液，真空抽滤；
28.步骤(四)用移液枪再移取mxene水溶液，真空抽滤；
29.步骤(五)将步骤(四)处理后的滤膜放入烘箱，进行烘干，得到mxene/银纳米线复合薄膜。
30.进一步地限定，步骤(三)中银纳米线溶液是按下述步骤制备的：
31.步骤1、将pvp加入乙二醇中，超声溶解，再加入50ml乙二醇，在160℃下以300r/min转速搅拌；
32.步骤2、滴加fecl3·
6h2o/乙二醇溶液，加热搅拌1h；
33.步骤3、滴加agno3/乙二醇溶液，继续反应一段时间，室温冷却即得到银纳米线母液；
34.步骤4、将银纳米线母液用无水乙醇离心洗涤3次；
35.步骤5、再离心洗涤3次；
36.步骤6、最后将沉淀物超声分散在乙醇中保存待用。
37.进一步地限定，步骤5用去离子水离心洗涤
38.进一步地限定，步骤二中预拉伸为单轴拉伸或双轴拉伸，拉伸幅度为50％-200％。
39.进一步地限定，步骤二中预拉伸为双轴拉伸，拉伸幅度为100％。
40.进一步地限定，步骤二中亲水性处理为等离子体处理或硅烷偶联剂处理。
41.进一步地限定，步骤二和四中3m胶带厚度为1mm。
42.进一步地限定，步骤三中电极的形状为边长为0.8cm-1.6cm正方形。
43.进一步地限定，步骤五中110℃下固化10min。
44.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
45.本发明采用经济、简便的方法，制备了柔韧性、机械性能和导电性十分优异的mxene/agnws复合薄膜。
46.本发明采用市售的3m胶带，使用预拉伸-释放的方法，制备了mxene/agnws复合褶皱结构导电膜，该方法经济、简便，并且性能十分优越。
47.本发明使用3m胶带和pdms进行封装，使传感器的性能充分发挥出来。特点是经济、简单，并且性能优越。
48.为了能够更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
49.图1为实施例1方法制备的基于mxene/agnws复合薄膜的柔性可穿戴压阻传感器δr/r0—压力测试；
50.图2为实施例1方法制备的mxene/agnws复合褶皱薄膜表面sem电镜图；a.放大125倍，b.放大350倍；
51.图3为实施例1方法制备的mxene/agnws复合褶皱薄膜截面sem电镜图sem图,a.放大125倍，b.放大250倍。
具体实施方式
52.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
53.下述实施例使用的3m胶带厚度为1mm。
54.实施例1：
55.本实施例中agnws分散液的制备方法是按下述步骤进行的：
56.步骤一、将1.8672g的pvp加入50ml乙二醇中，超声溶解后移入三口烧瓶。再加入50ml乙二醇，在160℃下以300r/min转速搅拌；
57.步骤二、向其中滴加lml3mmol/l的3
·
6h2o/乙二醇溶液，加热搅拌1h；
58.步骤三、以25滴/min的速度滴加25ml的agno3/乙二醇溶液(agno3的质量为2.0384g)，继续反应90min，室温冷却即得到银纳米线母液；
59.步骤四、将银纳米线母液用无水乙醇离心洗涤3次，每次洗涤用4000r/min离心分离5min；
60.步骤五、再用di离心洗涤3次，每次洗涤用3500r/min离心分离3min；
61.步骤六、最后将沉淀物超声分散在乙醇中保存待用。
62.用上述方法制得的agnws分散液来制备mxene/agnws复合薄膜，采用方法是通过下
述步骤完成的：
63.步骤(一)、真空抽滤法制备mxene/银纳米线薄膜，抽滤装置使用普通砂芯过滤装置，使用的滤膜为孔径为0.22微米的醋酸纤维素膜，搭建装置；
64.步骤(二)、用移液枪移取0.8ml浓度为5mg/ml的mxene水溶液，进行真空抽滤；
65.步骤(三)、用移液枪移取0.125ml的浓度为40mg/ml的agnws溶液，进行真空抽滤；
66.步骤(四)、用移液枪移取0.8ml浓度为5mg/ml的mxene水溶液，进行真空抽滤；
67.步骤(五)、将滤膜放入60℃烘箱，进行烘干。得到mxene/银纳米线复合薄膜。
68.用上述方法制得的mxene/agnws复合薄膜来制备mxene/agnws复合褶皱结构薄膜，采用方法是通过下述步骤完成的：
69.步骤1、将购买的3m4910vhb胶带切成10
×
10cm大小，然后对其进行双轴拉伸，拉伸幅度为100％；
70.步骤2、再将mxene/agnws复合薄膜粘在3m胶带上，最后释放预拉伸的3m胶带，制成了具有褶皱结构薄膜。
71.上述方法制得的mxene/agnws复合褶皱结构薄膜封装传感器的方法是通过下述步骤完成的：
72.步骤(1)、将制得的mxene/agnws复合褶皱结构薄膜有效部位裁剪成1
×
1cm的大小，同时留有一段引出部位，用以连接铜导线；
73.步骤(2)、将柔软的铜导线两端用砂纸打磨，以除去其绝缘层。然后用少许导电银浆将其固定于褶皱结构薄膜的引出部位。放入110℃烘箱中固化10分钟，即可完成导线的连接；
74.步骤(3)、将两个连有导线的mxene/agnws复合褶皱结构电极，中心对齐在3m胶带一侧再粘贴一块新的3m胶带(12cm
×
12cm大小)，再将两片电极的褶皱面对面放置并将铜导线错开，并将其粘贴在一起；
75.步骤(4)、将粘贴好的传感器上下表面涂覆一层pdms，放入110℃烘箱中固化10分钟。取出传感器，冷却至室温，即可完成传感器的封装。
76.本实施例方法制备的基于mxene/agnws复合薄膜的柔性可穿戴压阻传感器δr/r0—压力测试如图1所示，由图1可知，本实施例方法制备的基于mxene/agnws复合薄膜的柔性可穿戴压阻传感器的灵敏度在小应变下，灵敏度很大；在中等应变下，灵敏度剧中；在大应变下，灵敏度变得很小。
77.本实施例方法制备的mxene/agnws复合褶皱薄膜表面sem电镜图如图2所示，由图2可知，本实施例方法制备的mxene/agnws复合褶皱薄膜表面褶皱结构的微观形貌均匀、并且幅度理想。
78.本实施例方法的mxene/agnws复合褶皱薄膜截面sem电镜图sem图如图3所示，由图3可知，本实施例方法制备的mxene/agnws复合褶皱薄膜截面褶皱结构的微观形貌均匀、并且幅度理想。
79.实施例2：
80.本实施例中agnws分散液的制备方法是按下述步骤进行的：
81.步骤一、将1.8672g的pvp加入50ml乙二醇中，超声溶解后移入三口烧瓶。再加入50ml乙二醇，在160℃下以300r/min转速搅拌；
82.步骤二、向其中滴加lml3mmol/l的fec13·
6h2o乙二醇溶液，加热搅拌1h；
83.步骤三、以25滴/min的速度滴加25ml的agno3/乙二醇溶液(agno3的质量为2.0384g)，继续反应90min，室温冷却即得到银纳米线母液；
84.步骤四、将银纳米线母液用无水乙醇离心洗涤3次，每次洗涤用5000r/min离心分离5min；
85.步骤五、再用di离心洗涤3次，每次洗涤用4000r/min离心分离2min；
86.步骤六、最后将沉淀物超声分散在乙醇中保存待用。
87.上述方法制得的agnws分散液制备mxene/agnws复合薄膜的方法是通过下述步骤完成的：
88.步骤(一)、真空抽滤法制备mxene/银纳米线薄膜，抽滤装置使用普通砂芯过滤装置，使用的滤膜为孔径为0.22微米的醋酸纤维素膜，搭建装置；
89.步骤(二)、用移液枪移取1ml浓度为5mg/ml的mxene水溶液，进行真空抽滤；
90.步骤(三)、用移液枪移取0.250ml的浓度为40mg/ml的银纳米线溶液，进行真空抽滤；
91.步骤(四)、用移液枪移取1ml浓度为5mg/ml的mxene水溶液，进行真空抽滤；
92.步骤(五)、将滤膜放入60℃烘箱，进行烘干。得到mxene/银纳米线复合薄膜。
93.上述方法制得的mxene/agnws复合薄膜制备mxene/agnws复合褶皱结构薄膜的方法是通过下述步骤完成的：
94.步骤1、将购买的3m4910vhb胶带切成10
×
10cm大小，然后对其进行双轴拉伸，拉伸幅度为150％；
95.步骤2、再将mxene/agnws复合薄膜粘在3m胶带上，最后释放预拉伸的3m胶带，制成了具有褶皱结构薄膜。
96.上述方法制得的mxene/agnws复合褶皱结构薄膜封装传感器的方法是通过下述步骤完成的：
97.步骤(1)、将制得的mxene/agnws复合褶皱结构薄膜有效部位裁剪成1
×
1cm的大小，同时留有一段引出部位，用以连接铜导线；；
98.步骤(2)、将柔软的铜导线两端用砂纸打磨，以除去其绝缘层。然后用少许导电银浆将其固定于褶皱结构薄膜的引出部位。放入110℃烘箱中固化10分钟，即可完成导线的连接；
99.步骤(3)、将两个连有导线的mxene/agnws复合褶皱结构电极，中心对齐在3m胶带一侧再粘贴一块新的3m胶带(12cm
×
12cm大小)，再将两片电极的褶皱面对面放置并将铜导线错开，并将其粘贴在一起；
100.步骤(4)、将粘贴好的传感器上下表面涂覆一层pdms，放入110℃烘箱中固化10分钟。取出传感器，冷却至室温，即可完成传感器的封装。
101.实施例3：
102.本实施例中agnws分散液的制备方法是按下述步骤进行的：
103.步骤一、将1.8672g的pvp加入50ml乙二醇中，超声溶解后移入三口烧瓶。再加入50ml乙二醇，在160℃下以300r/min转速搅拌；
104.步骤二、向其中滴加lml3mmol/l的fec13·
6h2o/乙二醇溶液，加热搅拌1h；
105.步骤三、以25滴/min的速度滴加25ml的agno3/乙二醇溶液(agno3的质量为2.0384g)，继续反应90min，室温冷却即得到银纳米线母液；
106.步骤四、将银纳米线母液用无水乙醇离心洗涤3次，每次洗涤用3500r/min离心分离5min；
107.步骤五、再用di离心洗涤3次，每次洗涤用3000r/min离心分离3min；
108.步骤六、最后将沉淀物超声分散在乙醇中保存待用。
109.上述方法制得的agnws分散液制备mxene/agnws复合薄膜的方法是通过下述步骤完成的：
110.步骤(一)、真空抽滤法制备mxene/银纳米线薄膜，抽滤装置使用普通砂芯过滤装置，使用的滤膜为孔径为0.22微米的醋酸纤维素膜，搭建装置；
111.步骤(二)、用移液枪移取0.5ml浓度为5mg/ml的mxene水溶液，进行真空抽滤；
112.步骤(三)、用移液枪移取0.063ml的浓度为40mg/ml的银纳米线溶液，进行真空抽滤；
113.步骤(四)、用移液枪移取0.5ml浓度为5mg/ml的mxene水溶液，进行真空抽滤；
114.步骤(五)、将滤膜放入60℃烘箱，进行烘干。得到mxene/银纳米线复合薄膜。
115.上述方法制得的mxene/agnws复合薄膜制备mxene/agnws复合褶皱结构薄膜的方法是通过下述步骤完成的：
116.步骤1、将购买的3m4910vhb胶带切成10
×
10cm大小，然后对其进行双轴拉伸，拉伸幅度为80％；
117.步骤2、再将mxene/agnws复合薄膜粘在3m胶带上，最后释放预拉伸的3m胶带，制成了具有褶皱结构薄膜。
118.上述方法制得的mxene/agnws复合褶皱结构薄膜封装传感器的方法是通过下述步骤完成的：
119.步骤(1)、将制得的mxene/agnws复合褶皱结构薄膜有效部位裁剪成1
×
1cm的大小，同时留有一段引出部位，用以连接铜导线；
120.步骤(2)、将柔软的铜导线两端用砂纸打磨，以除去其绝缘层。然后用少许导电银浆将其固定于褶皱结构薄膜的引出部位。放入110℃烘箱中固化10分钟，即可完成导线的连接；
121.步骤(3)、将两个连有导线的mxene/agnws复合褶皱结构电极，中心对齐在3m胶带一侧再粘贴一块新的3m胶带(12cm
×
12cm大小)，再将两片电极的褶皱面对面放置并将铜导线错开，并将其粘贴在一起；
122.步骤(4)、将粘贴好的传感器上下表面涂覆一层pdms，放入110℃烘箱中固化10分钟。取出传感器，冷却至室温，即可完成传感器的封装。