[发明专利]一种高灵敏度宽传感范围的柔性复合薄膜及其应用

说明书

本发明公开了一种高灵敏度宽传感范围的柔性复合薄膜及其应用，属于可穿戴传感器和电子皮肤等的应用领域。本发明要解决柔性基底和活性材料的结合力不强、材料的耐用性不强、传感范围不够大的技术问题。本发明柔性复合薄膜包括MXene/TPU复合薄膜和PDMS薄膜，所述PDMS薄膜设置在MXene/TPU复合薄膜两侧并与其粘结为一体；其中，MXene/TPU复合薄膜是采用涂膜法制备TPU薄膜，再喷涂2D的Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;MXene纳米片配置的胶体水溶液后烘干得到的。本发明适用于健康检测、运动讯号、检测机器人动作、可穿戴电子设备等一系列应用。

技术领域

本发明属于可穿戴传感器和电子皮肤等的应用领域；具体涉及一种高灵敏度宽传感范围的柔性复合薄膜及其应用；PDMS-MXene/TPU柔性应力传感器的制备方法。

背景技术

近年来，随着柔性传感器的快速发展，柔、薄、轻的低成本、可穿戴、大规模制备的柔性传感器逐渐成为了一大研究热点。高灵敏度、快速响应、宽传感范围的柔性应力传感器是人机交互和可穿戴电子设备的关键。传感器在人类活动监测，生物医学研究等方面具有巨大的应用潜力。然而，在低成本、高灵敏度、大规模制备的柔性传感器上仍面临巨大挑战。

MXenes作为2D过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物，其具有可调节的层间间距、高比表面积、金属导电性和可控的基团性质，是作为可穿戴柔性传感器的活性材料最佳选择。但是MXene暴露在水氧环境时的稳定性较差，同时与聚合物基体相互作用能力也较弱，限制了MXenes在柔性传感器所期待的灵活性和耐用性的进一步发展。

中国专利CN201811477438.3采用TPU柔性纤维膜作为基底，MXene作为导电层，薄膜两端连接导线，发明为一种基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器。此发明提高了传感器的应变灵敏度，扩大了传感器的应变感应范围。

中国专利CN202110307158.3通过两层MXene@AP织物结构和两片医用半透性聚氨酯膜构成。两层MXene@AP织物结构的顶层和底层均通过银浆粘合有铜箔电极；铜箔电极连接有铜线；两层MXene@AP织物结构的顶层和底层封装于两片医用半透性聚氨酯膜之间；MXene@AP织物结构与医用半透性聚氨酯膜设有聚脂薄膜。该MXene应力传感器是柔性的、防水的、可渗透的和可穿戴的。

上述专利文献利用柔性基底和活性物质MXene制备了柔性传感器，通过引入长支链来提高聚丙烯的熔体强度，但是上述两种技术方案要么制备过程较为复杂，要么界面之间结合能力不强，使用耐久不高。

提供一种制备工艺简单，高耐久，高灵敏度，宽传感范围可穿戴传感器材料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决柔性基底和活性材料的结合力不强、材料的耐用性不强、传感范围不够大的技术问题；而提供了一种高灵敏度宽传感范围的柔性复合薄膜及其应用。

本发明通过采用PDMS封装，提高界面的相互作用，同时加强了材料的耐用性，采取多次喷涂的技术，扩大传感的范围。

本发明一种高灵敏度宽传感范围的柔性复合薄膜包括MXene/TPU复合薄膜和PDMS薄膜，所述PDMS薄膜设置在MXene/TPU复合薄膜两侧并与其粘结为一体；其中，MXene/TPU复合薄膜是采用涂膜法制备TPU薄膜，再喷涂2D的Ti₃C₂MXene纳米片配置的胶体水溶液后烘干得到的。

进一步地，所述Ti₃C₂MXene纳米片的平均直径为1μm。

上述的柔性复合薄膜用于制作可穿戴传感器或电子皮肤。

本发明中PDMS-MXene/TPU柔性应力传感器的制备方法是按下述步骤进行的：