本發(fā)明屬于柔性可穿戴電子設備，具體涉及一種基于高機械強度的mxene-cys薄膜用于雙軸向微褶皺結構應變傳感器的制備方法，該柔性應變傳感器因其輕質、柔韌、可拉伸等特性可廣泛應用于人體運動監(jiān)測、人機交互和軟體機器人等領域。

背景技術：

1、隨著柔性電子、可穿戴設備和軟體機器人的興起，越來越多的應用場景需要應對大變形或復雜形變。傳統(tǒng)傳感器很可能無法滿足這一需求。柔性應變傳感器的核心是的柔韌性和可拉伸性。寬應變范圍的傳感器是柔性電子中關鍵的基礎元件，其可以適應更多復雜應用場景，例如軟體機器人、高柔性可穿戴設備、動態(tài)生物組織監(jiān)測和極端環(huán)境下的設備監(jiān)測。在此背景下，開發(fā)一種柔韌性、拉伸性良好、可監(jiān)測大形變的寬應變范圍的柔性應變傳感器勢在必行。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種高機械強度mxene-cys薄膜的制備方法，并將其用于制備具有mxene-cys雙軸向微褶皺結構薄膜的應變傳感器，基于其無裂紋的褶皺結構應變傳感器表現(xiàn)出了高度可拉伸性和良好的應變傳感特性。本發(fā)明制備方法簡單，成本低廉，為廣泛的實際應用提供了可能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種基于高機械強度的mxene-cys薄膜用于雙軸向微褶皺結構應變傳感器的制備方法，是以丙烯酸vhb?4910為基底材料，mxene-cys為導電材料，pdms為封裝材料，通過攪拌改性、抽濾、預拉伸、干法轉移、回縮得到的。

3、基于高機械強度的mxene-cys薄膜用于雙軸向微褶皺結構應變傳感器的制備方法，包括如下步驟：

4、1)通過選擇性蝕刻法制備ti3c2tx-mxene溶液，然后將此溶液稀釋后，進行攪拌、超聲分散后獲得濃度為0.1mg/ml的ti3c2tx-mxene膠體溶液；

5、2)將12.1mg的l-半胱氨酸cys加入到步驟1)中得到的ti3c2tx-mxene膠體溶液中攪拌30min(攪拌速率為300～500r/min)后，得到cys改性的mxene(mxene-cys)溶液；

6、3)對步驟2)中得到的mxene-cys溶液進行真空抽濾后，得到mxene-cys薄膜；

7、4)將丙烯酸vhb?4910作為基底固定在雙軸拉伸平臺上，依次進行豎直和水平方向上的雙軸向預拉伸。接著通過干法轉移將步驟3)中得到的mxene-cys薄膜轉移至基底上，再釋放雙軸向預拉伸的基底使其恢復至初始狀態(tài)，在此過程中mxene-cys薄膜將形成無裂紋的雙軸向微褶皺結構。

8、5)使用導電銀漿把銅電極固定在從步驟4)中得到的具有mxene-cys雙軸向微褶皺結構薄膜的兩端，待導電銀漿固化后得到基于mxene-cys薄膜的雙軸向微褶皺結構應變傳感器；

9、6)使用聚二甲基硅氧烷(pdms)和固化劑(sylgard?184)的混合溶液對從步驟5)中得到的mxene-cys雙軸向微褶皺結構應變傳感器進行表面封裝，得到基于mxene-cys薄膜的雙軸向微褶皺結構柔性應變傳感器。

10、進一步的，上述的制備方法，步驟1)中所述的mxene溶液是通過化學刻蝕、離心洗滌和超聲剝離的方法制得的，其具體制備步驟如下：

11、1.1)蝕刻反應：將3.2g的氟化鋰加入聚四氟乙烯燒杯中，隨后加入40ml濃度為9mol/l的鹽酸，在水浴加熱并攪拌的條件下充分反應。隨后在水浴攪拌下，將2g的鈦碳化鋁(ti3alc2-max)分9～10次逐步少量地緩慢加入燒杯中，此過程持續(xù)20～30min。隨后，蓋上燒杯蓋子密封，并在恒溫水浴中繼續(xù)攪拌進行蝕刻反應。反應完成后，對溶液進行離心，棄去上清液。

12、1.2)酸洗與水洗：用鹽酸清除未反應的多余氟化鋰，隨后使用去離子水對溶液進行多次離心清洗，直至溶液呈中性。

13、1.3)惰性氣體保護下的超聲剝離：將中性溶液倒入洗氣瓶，通入惰性氣體以排除瓶內空氣后密封，進行超聲剝離操作，持續(xù)0.5～1.5h。超聲剝離結束后，再次離心處理，取上層液體即為所制得的ti3c2tx-mxene溶液。

14、進一步的，上述的制備方法，步驟1)中，所述的攪拌時間為10～20min并且攪拌轉速為500～700r/min，超聲時間為10～20min。

15、更進一步的，上述的制備方法，步驟1.1)中，所述充分反應的條件為：溫度維持在35～45℃范圍內，攪拌轉速控制在500～700r/min之間，攪拌持續(xù)時間為10～20min；蝕刻反應的條件為：反應溫度保持在35～45℃，攪拌轉速保持在500～700r/min，攪拌時間為23～24h。

16、更進一步的，上述的制備方法，步驟1.3)中，通入惰性氣體過程的氣體流速控制在10～12m/s之間，通氣時間持續(xù)0.5～1.5h。

17、進一步的，上述的制備方法，步驟3)中，所述的mxene-cys薄膜是通過下述步驟實現(xiàn)的：對0.1mg/ml的mxene-cys溶液(9～10ml)進行真空抽濾后，得到mxene-cys薄膜。

18、進一步的，上述的制備方法，步驟4)中，所述雙軸向微褶皺結構薄膜是通過下述步驟實現(xiàn)的：將丙烯酸vhb?4910基底固定在預拉伸平臺上后，沿豎直方向預拉伸200％，水平方向預拉伸300％，再將mxene-cys薄膜干法轉移至基底上后，先釋放水平方向的預拉伸再釋放豎直方向的預拉伸并待基底完全恢復到初始狀態(tài)后，得到雙軸向微褶皺結構薄膜。

19、進一步的，上述的制備方法，步驟5)中，所述固化過程是通過下述步驟實現(xiàn)的：將帶電極的薄膜轉移至鼓風烘箱中在50～60℃下，固化20～30min待導電銀漿完全固化后，即得到基于mxene-cys薄膜的雙軸向微褶皺結構應變傳感器。

20、進一步的，上述的制備方法，步驟6)中封裝過程是通過下述步驟實現(xiàn)的：以pdms和固化劑的質量比為10:1的比例配制好混合溶液后，將混合溶液用滴管取1ml緩慢滴在mxene-cys雙軸向微褶皺結構薄膜上，然后在50～60℃下固化4～5h，得到基于mxene-cys薄膜的雙軸向微褶皺結構柔性應變傳感器。

21、本發(fā)明提供的基于高機械強度的mxene-cys薄膜用于雙軸向微褶皺結構應變傳感器具有高拉伸性和良好的應變傳感性能，可應用于柔性電子設備、人體健康監(jiān)測和人機交互。

22、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：

23、1、本發(fā)明通過簡單的制備方法，制備出具有雙軸向微褶皺結構應變傳感器，相比于mxene薄膜，基于mxene-cys薄膜的雙軸向微褶皺結構應變傳感器表現(xiàn)出無裂紋的微褶皺結構。

24、2、本發(fā)明制備的基于高機械強度的mxene-cys雙軸向微褶皺結構應變傳感器得益于其無裂紋的微褶皺結構，傳感器表現(xiàn)出了超高的可拉伸性，即使在高應變的極端條件下，傳感器的響應信號依然持續(xù)穩(wěn)定，保證了性能的穩(wěn)定輸出。

25、3、本發(fā)明制備的基于高機械強度的mxene-cys雙軸向微褶皺結構應變傳感器，由于其良好的應變傳感性能，將大大增加其在柔性電子器件和可穿戴設備領域的兼容性。