本發(fā)明屬于柔性傳感器制備，具體涉及一種基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著傳感技術(shù)和柔性材料的不斷進步，柔性應(yīng)變傳感器備受矚目。柔性應(yīng)變傳感器在人工智能、健康監(jiān)測、可穿戴設(shè)備等多個領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、在上述應(yīng)用中，柔性應(yīng)變傳感器必須具備以下特點：

3、（1）檢測范圍廣，適用于人體運動等大動作的測量；（2）靈敏度高，適用于脈搏、發(fā)音和表情變化等微小動作的測量；（3）具有可以長期多次使用的良好的穩(wěn)定性。

4、柔性應(yīng)變傳感器的傳感范圍和靈敏度兩者相互限制，單一材料往往受到自身性能的約束，導(dǎo)致器件性能不佳。同樣基底的結(jié)構(gòu)設(shè)計也會對傳感器有著較大的影響。因此，如何能夠簡單高效地制備出具有高靈敏度和寬檢測范圍的柔性應(yīng)變傳感器，是目前柔性傳感器制備技術(shù)領(lǐng)域的一個關(guān)鍵點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器及其制備方法。該柔性應(yīng)變傳感器具有高靈敏度和寬應(yīng)變范圍，并具有良好的穩(wěn)定性和拉伸性。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是：

3、一種基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器，該傳感器包括柔性基底，在柔性基底上設(shè)置有敏感層，所述敏感層是采用多元固體粉末材料多次刷涂在柔性基底上形成的；在柔性基底的兩端涂抹形成導(dǎo)電銀漿層，在導(dǎo)電銀漿層處布設(shè)銅膠帶；在敏感層上方設(shè)置封裝層。

4、優(yōu)選的，所述柔性基底為帶有微納結(jié)構(gòu)的ecoflex薄膜，其是采用以下步驟制備得到的：將ecoflex的a膠和b膠混合并充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后進行真空處理，隨后均勻倒在干凈的砂紙上，固化，然后剝離，得到帶有微納結(jié)構(gòu)的ecoflex薄膜。

5、優(yōu)選的，所述多元固體粉末材料是采用mxene和mwcnts固體粉末混合，攪拌均勻得到。

6、本發(fā)明還提供一種如上所述基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，包括以下步驟：

7、（1）制備柔性基底；

8、（2）將mxene和mwcnts固體粉末混合，用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，得到多元mxene/mwcnts固體粉末；

9、（3）將混合均勻的多元mxene/mwcnts固體粉末涂覆在柔性基底上，制備生成柔性應(yīng)變傳感器件；

10、（4）將柔性應(yīng)變傳感器件進行封裝。

11、優(yōu)選的，步驟（1）中，所述柔性基底為具有光滑表面的ecoflex基底，制備步驟如下：將ecoflex的a膠和b膠混合并充分?jǐn)嚢杈鶆颍琫coflex的a膠和b膠的質(zhì)量比為1∶1；然后將攪拌均勻的混合溶液放入真空機中進行真空處理，直至混合溶液中不再包含起泡；將真空處理后的混合溶液均勻倒在干凈的基片上，并進行固化處理；固化完成后，將形成的ecoflex薄膜從基片上剝離，并裁切成傳感器所需的基底形狀。

12、更加優(yōu)選的，步驟（1）中，所述柔性基底為具有微納結(jié)構(gòu)的ecoflex基底，制備步驟如下：將ecoflex的a膠和b膠混合并充分?jǐn)嚢杈鶆颍琫coflex的a膠和b膠的質(zhì)量比為1∶1；然后將攪拌均勻的混合溶液放入真空機中進行真空處理，直至混合溶液中不再包含氣泡；將真空處理后的混合溶液均勻倒在干凈的砂紙上，以砂紙為模板并進行固化處理，得到具有三維微納結(jié)構(gòu)的ecoflex基底。

13、優(yōu)選的，步驟（2）中，mxene和mwcnts的質(zhì)量比為5∶2。

14、優(yōu)選的，步驟（2）中，控制磁力攪拌器轉(zhuǎn)速為500-700rpm，攪拌進行5-6小時。

15、優(yōu)選的，步驟（3）中，通過多次刷涂的方法，將混合均勻的多元mxene/mwcnts固體粉末涂覆在柔性基底上。

16、優(yōu)選的，步驟（4）中，在步驟（3）所得到柔性應(yīng)變傳感器件的兩端分別涂抹導(dǎo)電銀漿，然后貼上銅膠帶，并使用pu膠帶纏繞固定；

17、再采用ecoflex進行封裝，具體如下：

18、將ecoflex?的a膠和b膠混合并充分?jǐn)嚢杈鶆?，ecoflex的a膠和b膠的質(zhì)量比為1∶1；然后將攪拌均勻的混合溶液放入真空機中進行真空處理，直至混合溶液中不再包含氣泡，然后均勻傾倒在柔性應(yīng)變傳感器件表面，并進行固化處理；固化完成后，去除多余的ecoflex膠，從而制備得到基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器。

19、本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

20、本發(fā)明以砂紙為模板制備出具有微納結(jié)構(gòu)的ecoflex薄膜，通過多次刷涂充分混合后的mxene和mwcnts固體粉末，形成具備復(fù)雜化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的柔性應(yīng)變傳感器，并使用ecoflex對器件進行封裝，以提高器件的穩(wěn)定性和拉伸性，并使傳感器具有高靈敏度和寬應(yīng)變范圍。

21、本發(fā)明可以簡單高效地制備出靈敏度高、檢測范圍寬和具有良好的穩(wěn)定性和拉伸性的柔性應(yīng)變傳感器。發(fā)明中使用具有微納結(jié)構(gòu)的ecoflex薄膜作為傳感器的基底，使導(dǎo)電路徑進一步復(fù)雜化，極大地提高了傳感器的靈敏度；同時使用多元材料mxene和mwcnts混合，簡潔高效地實現(xiàn)柔性傳感器高靈敏度和寬檢測范圍。且隨著微納結(jié)構(gòu)的加入，器件的表面積增大，表面粗糙程度加大，使得刷涂時，材料更多地附著于表面且不易脫落，更有效地提高器件的穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明通過微納結(jié)構(gòu)和刷涂多元固體粉末的制備方法，實現(xiàn)了高效快速便捷地制備出高靈敏度、寬應(yīng)變范圍以及高穩(wěn)定性和拉伸性的柔性應(yīng)變傳感器，這對于未來在人體健康監(jiān)測、人機交互等領(lǐng)域具有重要意義和潛在應(yīng)用價值。

技術(shù)特征：

1.一種基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器，其特征在于：該傳感器包括柔性基底，在柔性基底上設(shè)置有敏感層，所述敏感層是采用多元固體粉末材料多次刷涂在柔性基底上形成的；在柔性基底的兩端涂抹形成導(dǎo)電銀漿層，在導(dǎo)電銀漿層處布設(shè)銅膠帶；在敏感層上方設(shè)置封裝層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器，其特征在于，所述柔性基底為帶有微納結(jié)構(gòu)的ecoflex薄膜，其是采用以下步驟制備得到的：將ecoflex的a膠和b膠混合并充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后進行真空處理，隨后均勻倒在干凈的砂紙上，固化，然后剝離，得到帶有微納結(jié)構(gòu)的ecoflex薄膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述多元固體粉末材料是采用mxene和mwcnts固體粉末混合，攪拌均勻得到。

4.如權(quán)利要求1-3中任一所述基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述柔性基底為具有光滑表面的ecoflex基底，制備步驟如下：將ecoflex的a膠和b膠混合并充分?jǐn)嚢杈鶆?，ecoflex的a膠和b膠的質(zhì)量比為1∶1；然后將攪拌均勻的混合溶液放入真空機中進行真空處理，直至混合溶液中不再包含起泡；將真空處理后的混合溶液均勻倒在干凈的基片上，并進行固化處理；固化完成后，將形成的ecoflex薄膜從基片上剝離，并裁切成傳感器所需的基底形狀。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述柔性基底為具有微納結(jié)構(gòu)的ecoflex基底，制備步驟如下：將ecoflex的a膠和b膠混合并充分?jǐn)嚢杈鶆颍琫coflex的a膠和b膠的質(zhì)量比為1∶1；然后將攪拌均勻的混合溶液放入真空機中進行真空處理，直至混合溶液中不再包含氣泡；將真空處理后的混合溶液均勻倒在干凈的砂紙上，以砂紙為模板并進行固化處理，得到具有三維微納結(jié)構(gòu)的ecoflex基底。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，mxene和mwcnts的質(zhì)量比為5∶2。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，控制磁力攪拌器轉(zhuǎn)速為500-700rpm，攪拌進行5-6小時。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，通過多次刷涂的方法，將混合均勻的多元mxene/mwcnts固體粉末涂覆在柔性基底上。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，在步驟（3）所得到柔性應(yīng)變傳感器件的兩端分別涂抹導(dǎo)電銀漿，然后貼上銅膠帶，并使用pu膠帶纏繞固定；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于多元固體粉末混合的柔性應(yīng)變傳感器及其制備方法，屬于柔性傳感器制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：（1）制備具有微納結(jié)構(gòu)的柔性基底；（2）將MXene和MWCNTs固體粉末混合，用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍玫蕉嘣狹Xene/MWCNTs固體粉末；（3）將混合均勻的多元MXene/MWCNTs固體粉末涂覆在柔性基底上，制備生成柔性應(yīng)變傳感器件；（4）將柔性應(yīng)變傳感器件進行封裝。本發(fā)明先制備出具有微納結(jié)構(gòu)的Ecoflex薄膜，然后通過多次刷涂充分混合后的MXene和MWCNTs固體粉末，形成具備復(fù)雜化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的柔性應(yīng)變傳感器，以提高器件的穩(wěn)定性和拉伸性，并使傳感器具有高靈敏度和寬應(yīng)變范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：王菲,陳達,于宏晨,呂雪
受保護的技術(shù)使用者：山東科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9