[发明专利]一种基于MXene/丝素蛋白材料的传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种基于MXene/丝素蛋白复合材料传感器及其制备方法，该传感器由MXene/丝素蛋白膜传感层和MXene叉指电极构成，其柔性好、透气性好、可完全降解、绿色环保，并兼具宽广的感应范围、高灵敏度、快速的响应/恢复时间、可靠的透气性、出色的循环稳定性，可以用于超灵敏压力感测和运动定位，该传感器在智能电子皮肤、人体运动检测、临床诊断和人机交互领域具有极大的应用前景。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于MXene/丝素蛋白材料的传感器及其制备方法与应用。

背景技术

柔性可穿戴轻量级压力传感器由于其高灵活性、可靠的可穿戴性、稳定的重复性、优良的传感性能在诸多应用中引起了极大关注，例如可穿戴电子皮肤、柔性可触摸显示器、人体健康监测等领域。迄今为止，根据不同的感应机制所开发的压力传感器也不尽相同，其中由柔性基体和导电材料组成的压阻式传感器因其具有高灵敏度、响应速度快、稳定性可靠等优点而被广泛研究，在新一代压力传感器方向具有很大的应用前景。(H.N.Alshareef,et al.MXene Printing and Patterned Coating for Device Applications,AdvancedMaterials,2020,32,1908486)

MXene(Ti₃C₂T_x)是一种新开发的二维(2D)片层过渡金属碳/氮化物，因其具有高导电性、比表面积大和优异的机械性能被广泛地用于材料领域。MXene表面具有多种基团如氟原子、氧原子、羟基等，赋予MXene优良的亲水性能，使其可以均匀的分散在水中并易于制备MXene墨水，MXene墨水适用于多种加工工艺，例如喷涂、旋涂、真空抽滤、丝网印刷等。这些优良的性能使其广泛应用于各种柔性电子器件。同时，它在传感材料领域显示出广阔前景，具有高比表面积的单层片MXene可以极大地提高与聚合物基底的粘合力，这促进优异的循环稳定性，具有很大的工业化潜力。(Y.H.Gao,et al.A Highly Flexible and SensitivePiezoresistive Sensor Based on MXene with Greatly Changed InterlayerDistances[J].Nature Communications,2017,8(1):1-8)

传统压力传感器多选用不透气的弹性体或致密的半导体薄膜为基体(X.Y.Liu,W.X.Guo,et al.A Biodegradable and Stretchable Protein-Based Sensor asArtificial Electronic Skin for Human Motion Detection[J].Small,2019,15(11).1805084)，贴附在皮肤上常常因不透气造成毛孔堵塞，甚至引起皮肤问题。另一方面，随着对电子设备需求的增加，在复杂基板制造和设备缓慢降解过程中，产生了大量的电子废物，并且由于其释放的有毒物质而导致严重的环境污染。

发明内容

为克服现有技术的上述不足，本发明以MXene和丝素蛋白为原料，利用静电纺丝技术轻松制造可穿戴、透气、可降解、高度灵敏和全纤维结构的压力传感器。

本发明的目的在于提供一种基于MXene/丝素蛋白复合材料的传感器，包括MXene/丝素蛋白复合材料传感层、MXene三叉电极。其中，所述的MXene/丝素蛋白复合材料传感层包括单片层MXene、丝素蛋白；所述的MXene三叉电极包括多片层MXene、丝素蛋白；所述的丝素蛋白选自丝素蛋白纤维膜。

本发明的另一目的在于提供一种上述基于MXene/丝素蛋白复合材料的传感器的制备方法，包括：采用MXene和丝素蛋白分别制备MXene/丝素蛋白复合材料传感层、MXene叉指电极，然后将MXene/丝素蛋白膜传感层和MXene叉指电极连接在一起，再插入导线，即得到所述的基于MXene/丝素蛋白复合材料的传感器。具体包括以下步骤：

步骤一、将MXene材料加入水，混合得到均质的MXene沉积油墨；