[发明专利]一种基于仿生MXene气凝胶传感材料及其制备方法及应用

权利要求书

1.一种基于仿生MXene气凝胶传感材料，其特征是：所述仿生MXene气凝胶传感材料由二维过渡金属碳化物MXene和有机硅氧烷通过组装和化学交联制备而成；有机硅氧烷聚合成聚硅氧烷并插入MXene片层中，形成类蜘蛛风琴状传感器官的多级层状孔壁结构；仿生气凝胶受力时，孔壁内的纳米孔道会发生收缩或膨胀，产生电阻变化；

所述类蜘蛛风琴状传感器官的多级层状孔壁结构为，线性或网络状聚硅氧烷插入MXene层间，并通过形成Ti-O-Si键与MXene进行化学交联，组装成稳定的具有平行纳米孔道的多级层状孔壁结构。

2.根据权利要求1所述的基于仿生MXene气凝胶传感材料，其特征是：仿生MXene气凝胶传感材料具有蜂窝状多孔结构，微孔壁厚度为5-100nm，孔壁内多级层状MXene的层间距为1.5-3nm，孔壁长度为50-1500μm；气凝胶密度为0.5-20mg/cm³。

3.根据权利要求1所述的基于仿生MXene气凝胶传感材料，其特征是：仿生MXene气凝胶受到外力刺激时，多级层状孔壁结构中的纳米孔道会优先发生收缩或膨胀，促使电阻变化。

4.一种权利要求1-3任一项所述的基于仿生MXene气凝胶传感材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)把聚硅氧烷的前驱体有机硅氧烷加入MXene水性分散液中，在100-200℃下水热反应2-10小时，有机硅氧烷水解并聚合成聚硅氧烷，并吸附于MXene片层，形成稳定的均匀分散液；

(2)通过冷冻干燥，制备气凝胶多孔结构，形成聚硅氧烷插入MXene片层间的多级层状孔壁结构；

(3)MXene气凝胶在惰气保护下，在100-200℃加热反应1-5小时，聚硅氧烷与MXene片层间通过硅烷化反应形成Ti-O-Si键，稳定MXene层间纳米孔道，制得仿生MXene气凝胶。

5.根据权利要求4所述的基于仿生MXene气凝胶传感材料的制备方法，其特征是：步骤(1)中，有机硅氧烷的加入量为MXene质量的2-20wt％；步骤(1)中，MXene水性分散液的浓度为5-20mg/ml；步骤(1)中的均匀分散液，在空气中保存6个月以上，不出现沉淀或MXene氧化降解现象。

6.根据权利要求4所述的基于仿生MXene气凝胶传感材料的制备方法，其特征是：所述MXene为单层或寡层碳化钛Ti₃C₂T_x纳米片，由过渡金属、钛或碳以及表面活性端基组成，纳米片表面含有大量活性端基，包括羟基，单层或寡层纳米片面积大小在0.1um²到5um²之间，厚度为2-5nm之间，采用氟化氢刻蚀的方法制备。

7.根据权利要求4所述的基于仿生MXene气凝胶传感材料的制备方法，其特征是：所述有机硅氧烷为3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基双(三甲基硅氧基)甲基硅烷、N-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-硫氰基丙基三乙氧基硅烷、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、γ-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、硅酸四乙酯中的一种或几种。