[发明专利]一种基于MXene材料的电子皮肤及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于MXene材料的电子皮肤及其制备方法，所述电子皮肤包括柔性衬底、敏感材料和电极：所述敏感材料为基于MXene材料的导电薄膜阵列；所述柔性衬底用于支撑和保护所述敏感材料；所述电极分布于所述敏感材料两端；所述柔性衬底为弹性橡胶；所述电子皮肤的温度响应范围为0～200℃，灵敏度为0.01～1000℃^‑1。

技术领域

本发明涉及一种基于MXene材料的电子皮肤及其制备方法，属于柔性及可穿戴电子学领域以及新材料技术领域。

背景技术

随着科学技术的进步，柔性、可穿戴电子器件快速发展，在运动感应、个人健康监测(参照文献1)、智能机器人(参照文献2)和人机交互(参照文献3)等方面都有着重要应用。作为柔性电子技术的重要分支，电子皮肤一直受到学术界和工业界的广泛关注。通过各种传感器的集成，电子皮肤可以模拟人体皮肤的功能对外界刺激进行感知。目前，感知机械刺激的压力、应变电子皮肤(参照文献4-5)已取得重大进展，相关技术趋于成熟，但对于温度传感则少有研究，这限制了电子皮肤的应用范围和进一步发展。

基于刚性材料的传统温度传感器由于其较差的力学特性而不适用于电子皮肤中。近年来，随着材料科学和纳米技术的飞速发展，研究者们将一些新材料，如有机半导体(参照文献6)、碳纳米管(参照文献7)、石墨烯(参照文献8)等与柔性衬底结合以提升器件的可弯折与可拉伸性。尽管取得了一些进展，但现今仍然存在三个主要的问题：一是温度传感的关键性能，如灵敏度、精确度相对较低，难以满足人们对电子皮肤快速准确的温度监测的需求；二是制备方法困难，而且复杂的构型也影响到器件的可穿戴性；另外，多数电子皮肤需要与待测物体接触来监测温度，如何在感应温度的同时排除外力的干扰也是一个巨大的挑战。

因此，开发一种性能优异、工艺简单、并且能够规避其他干扰的电子皮肤的制备方法具有重要的应用前景，但就本发明的发明人所知，目前为止还没有开发出有效的方法。

参考文献：

文献1：Hwang,B.U.,Lee J.H.,Trung,T.Q.et al.Transparent StretchableSelf-Powered Patchable Sensor Platform with Ultrasensitive Recognition ofHuman Activities.ACS Nano,2015,9(9):8801-8810.；

文献2：Kim,S.Y.,Park,H.W.,Park,D.H.et al.Highly Sensitive andMultimodal All-Carbon Skin Sensors Capable of Simultaneously DetectingTactile and Biological Stimuli.Advanced Materials,2015,27(28):4178-4185.；

文献3：Lim,S.,Son,D.,Kim,J.et al.Transparent and StretchableInteractive Human Machine Interface Based on Patterned GrapHeneHeterostructures.Advanced Functional Materials,2015,25(3):375-383.；

文献4：Nie,P.,Wang,R.,Xu,X.et al.High-Performance PiezoresistiveElectronic Skin with Bionic Hierarchical Microstructure and Microcracks.ACSAppl Mater Interfaces,2017,9(17):14911-14919.；