一种宽应力全线性柔性离电式传感器及其制备方法

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其是一种可用于水下的宽应力全线性柔性离电式传感器及其制备方法。


背景技术：

2.随着人工智能、物联网、医疗健康及可穿戴电子等领域的蓬勃发展，柔性压力传感作为人机接口的重要组件器也迎来了蓬勃发展，可穿戴电子设备展现了巨大的市场前景。相比基于光学信号测量的压力传感器，电子压力传感器具有柔韧性好、结构简单、易于集成和可直接信号转换等优点，现已成为柔性电子的首选传感模式。
3.可穿戴式柔性传感器在人机交互、医疗健康及水下监测等方面有着广泛的应用。开发具有高灵敏度、宽应力工作区间及全线性防水压力传感器是科研工作者亟需解决的关键性科学问题。
4.常见电子压力传感器可分为四种类型：电阻型、电容型、压电型和摩擦电型。压电型和摩擦电型的电子压力传感器只能适用于动态载荷，而电阻型压力传感器容易受温度及水的干扰。电容式传感器因其制造简单、抗干扰良好、长期稳定性优良的特点而被深入研究。
5.然而，传统电容式传感器在较大的工作压力下常表现出较低的灵敏度，且传统平行板电容器的电容值仅为数十皮法，因此人体电容(可达数百皮法)和其他寄生噪声源(通常几十皮法)对器件的精度和稳定性都有极大的影响。目前通过在介电层或电极层中引入可压缩的微结构是提高电容式传感器性能的有效策略之一，由于器件可压缩距离d有效增加，使其在低压范围内(～几千帕)电容(c＝εs/d)迅速增加，从而提升器件灵敏度(s＝δc/c0p)。但是，由于微结构压缩范围有限，因此导致传统电容式传感器的灵敏度较低，在高压下呈现的低的分辨率。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器及其制备方法。
7.本发明的技术方案为：一种宽应力全线性柔性离电式传感器，所述的传感器包括热缩膜材料层、柔性agnws/mxene电极、介电层，所述的介电层贴在两个柔性agnws/mxene电极之间，且所述的两个柔性agnws/mxene电极上设置有相应的热缩膜材料层，所述的两个柔性agnws/mxene电极的导电线用银浆与有绝缘层的铜线引出。
8.本发明还提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，包括以下步骤：
9.s1)、基底材料预处理
10.将裁剪好的基底材料依次在去离子水、乙醇及异丙醇溶液中超声处理，恒温烘干，再经等离子体预处理得到亲水性支撑柔性基底材料；
11.s2)、导电纳米材料的制备
12.将一定量的葡萄糖、硝酸银、硫酸亚铁与pvp加入水热釜中采用水热制备银纳米线agnws，并用nacl再次对agnws进行处理，去除pvp获得良好导电的agnws；
13.s3)、mxene材料的制备
14.使用一定量的浓盐酸、去离子水与lif对ti3alc2进行刻蚀，经过去离子水清洗并超声后获得单层或者少层的mxene材料；
15.s4)、制备柔性电极
16.使用棒涂的方法将一定量的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，直到获得方阻为10ω/sq的柔性pet/agnws电极；
17.将涂覆好的pet/agnws电极浸泡在mxene溶液中然后烘干，反复进行3-5次，然后用银奖将绝缘层的细铜线引出来；
18.s5)、制备具有微结构和微孔的离子介电层
19.将一定量的pva、磷酸与去离子水溶液混合后快速加热搅拌制备成多气泡离子凝胶液，然后均匀刮涂在具有半圆的pdms模具上，然后在恒温下烘干得到具有微结构和微孔的离子凝胶介电层；
20.s6)、将具离子凝胶介电层贴在两张柔性agnws/mxene电极之间形成离电式传感器，用紫外uv胶来封闭死者形成防水层，采用热缩膜将传感器再次封装，从而获得具有良好防水性能的高灵敏宽线性的离电式传感器。
21.作为优选的，步骤s1)中，所述的基底材料分别使用去离子水、乙醇以及异丙醇超声清洗10min，然后等离子清洗机中清理15min。
22.作为优选的，步骤s2)中，所述的葡萄糖、硝酸银、硫酸铁与聚乙烯基吡咯烷酮(k30)的摩尔比约为：2：1.5：0.3：0.01-0.2。
23.作为优选的，步骤s2)中，所述的导电纳米材料的制备，具体如下：
24.s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；
25.s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；
26.s23)、将4.5g聚乙烯基吡咯烷酮(k30)加入溶液中；
27.s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小时；
28.s25)、冷却后使用去离子水进行多次清洗直接溶液呈现透明色，然后加入0-0.02mol的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。
29.作为优选的，步骤s3)中，所述的浓盐酸、去离子水与lif的摩尔比为：1.7:1-3:0.3
30.作为优选的，步骤s3)中，所述的mxene材料的制备，具体如下：
31.s31)、将15ml的浓盐酸中加入5ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；
32.s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；
33.s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着在氮气保护的环境下超声处理2小时，最后得到单层或者少层的mxene溶液。
34.作为优选的，步骤s5)中，所述的所述磷酸溶液浓度为85％。
35.作为优选的，步骤s5)中，所述的pva、磷酸与去离子水的重量比为：2：0.5-3:18
36.作为优选的，步骤s5)中，将制备好的离子凝胶溶液倒入pdms模具后，在50℃条件
下加热0.5～2h，使离子凝胶膜固化。
37.本发明的有益效果为：
38.1、本发明的电极采用了具有良好机械性能的agnws与mxene复合的电极，agnws微电极提供了导电骨架，mxene起到保护agnws氧化、腐蚀以及提供赝电容的作用；
39.2、本发明基于离子凝胶膜的离电效应，利用具有多孔微结构的离子凝胶薄膜为介电层，使介电层获得更大的可变形表面积外还提供更大的变形能力，是传统固态同类传感器的千倍，使离电传感线性度更好、灵敏度更高、响应速度更快；
40.3、本发明采用了有绝缘层的铜线作为引出导线，采用紫外uv胶对边缘进行密封处理使器件得以隔绝空气，利用热缩胶带再次封装从而获得良好防水性能的传感器；
41.4、本发明所提供的工艺方法简单操作，包括电极材料、柔性电极及介电层等都是采用溶液法制备的，具有成本较低，可扩展性高的优点。
附图说明
42.图1为本发明实施例1传感器的结构图；
43.其中，1-热缩膜材料层；2-柔性pet/agnws/mxene电极；3-介电层；
44.图2为本发明实施例2-4制备的离子凝胶的微结构图，其中，图2(a)为实施例2的微结构微孔离子凝胶薄膜的微结构图；图2(b)为实施例3的微结构离子凝胶薄膜的微结构图；图2(c)为实施例4的微孔离子凝胶薄膜的微结构图；
45.图3为本发明实施例2-4制备的传感器的灵敏度对比图；
46.图4为本发明实施例2的pet/agnws/mxene电极与微结构微孔离子凝胶薄膜传感器的原理图；
47.图5为本发明实施例2制备的传感器的响应与恢复能力的性能图。
具体实施方式
48.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
49.实施例1
50.如图1所示，本实施例提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备及封装，所述的传感器包括热缩膜材料层1、柔性agnws/mxene电极2、介电层3，所述的介电层3贴在两个柔性agnws/mxene电极2之间，且所述的两个柔性pet/agnws/mxene电极2上设置有相应的热缩膜材料层1，所述的两个柔性agnws/mxene电极2的导电线用银浆将绝缘层的细铜线引出来。
51.实施例2
52.本实施例提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，包括以下步骤：
53.s1)、基底材料预处理
54.将pet薄膜裁剪成5
×
5cm的尺寸，将裁剪好的pet基底材料先放入去离子水进行超声处理10min；然后依次放入乙醇及异丙醇溶液中超声处理10min，处理完成后的pet放进60℃的恒温烘箱中烘干，最后放进等离子处理机的腔体内，在空气环境下等离子处理15min，获得亲水性pet柔性衬底；
55.s2)、导电纳米材料的制备
56.s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；
57.s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；
58.s23)、将4.5g聚乙烯基吡咯烷酮引入溶液中；
59.s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小时；
60.s25)、冷却后使用去离子水进行多次清洗直接溶液呈现透明色，然后加入1g的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。
61.s3)、mxene材料的制备
62.s31)、将15ml的浓盐酸中加入5ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；
63.s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；
64.s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着将刻蚀过的溶液转移至三口烧瓶中，然后在氮气环境下常温超声中2h，最后得到单层或者少层的mxene溶液。
65.s4)、制备柔性电极
66.使用棒涂的方法将5mg/ml的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，直到获得方阻为10ω/sq的柔性pet/agnws电极；
67.将涂覆好的pet/agnws电极浸泡在mxene溶液中然后烘干，反复进行5次，然后用银奖将绝缘层的细铜线引出来；
68.s5)、制备具有微结构和微孔的离子介电层
69.将2gpva与18g去离子在100ml烧杯中混合，并在90℃油浴锅中进行500rpm下快速搅拌加热2h，然后将1.6ml磷酸加入其中并转移60℃加热搅拌器中继续500rpm快速搅拌加热2h，加热时间到后将多泡沫凝胶倒入预先制备的微凹槽pdms模具中，并在50℃恒温烘箱中下烘干，得到具有微结构和微孔的离子凝胶介电层；
70.s6)、将具有微结构和微孔的离子凝胶介电层贴在两张柔性agnws/mxene电极之间形成离电式传感器，用紫外uv胶来封装形成防水层，采用热缩膜将传感器再次封装，从而获得具有良好防水性能的高灵敏宽线性的离电式传感器。
71.实施例3
72.本实施例提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，包括以下步骤：
73.s1)、基底材料预处理
74.将pet薄膜裁剪成5
×
5cm的尺寸，将裁剪好的pet基底材料先放入去离子水进行超声处理10min；然后依次放入乙醇及异丙醇溶液中超声处理10min，处理完成后的pet放进60℃的恒温烘箱中烘干，最后放进等离子处理机的腔体内，在空气环境下等离子处理15min，获得亲水性pet柔性衬底；
75.s2)、导电纳米材料的制备
76.s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；
77.s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；
78.s23)、将4.5g聚乙烯基吡咯烷酮(k30)引入溶液中；
79.s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小
时；
80.s25)、冷却后使用去离子水进行多次清洗直接溶液呈现透明色，然后加入1g的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。
81.s3)、mxene材料的制备
82.s31)、将15ml的浓盐酸中加入5ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；
83.s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；
84.s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着将刻蚀过的溶液转移至三口烧瓶中，然后在氮气环境下常温超声中2h，最后得到单层或者少层的mxene溶液。
85.s4)、制备柔性电极
86.使用棒涂的方法将5mg/ml的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，直到获得方阻为10ω/sq的柔性pet/agnws电极；
87.将涂覆好的pet/agnws电极浸泡在5mg/ml的mxene溶液中然后烘干，反复进行5次，然后用银奖将绝缘层的细铜线引出来；
88.s5)、制备具有微结构的离子介电层
89.将2gpva与18g去离子在100ml烧杯中混合，并在90℃油浴锅中在100rpm搅拌速度下加热2h，然后将1.6ml磷酸加入其中并转移60℃加热搅拌器中继续100rpm搅拌速度下加热2h，加热时间到后将无泡沫凝胶倒入预先制备的微凹槽pdms模具中，并在常温下凉干，得到具有微结构的离子凝胶介电层；
90.s6)、将具有微结构的离子凝胶介电层贴在两张柔性agnws/mxene电极之间形成离电式传感器，用紫外uv胶来封闭死者形成防水层，采用热缩膜将传感器再次封装，从而获得具有良好防水性能的高灵敏的离电式传感器。
91.实施例4
92.本实施例提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，包括以下步骤：
93.s1)、基底材料预处理
94.将pet薄膜裁剪成5
×
5cm的尺寸，将裁剪好的pet基底材料先放入去离子水进行超声处理10min；然后依次放入乙醇及异丙醇溶液中超声处理10min，处理完成后的pet放进60℃的恒温烘箱中烘干，最后放进等离子处理机的腔体内，在空气环境下等离子处理15min，获得亲水性pet柔性衬底；
95.s2)、导电纳米材料的制备
96.s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；
97.s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；
98.s23)、将4.5g聚乙烯基吡咯烷酮(k30)加入溶液中；
99.s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小时；
100.s25)、冷却后使用去离子水进行多次清洗直至溶液呈现透明色，然后加入1g的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。
101.s3)、mxene材料的制备
102.s31)、将15ml的浓盐酸中加入5ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；
103.s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；
104.s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着将刻蚀过的溶液转移至三口烧瓶中，然后在氮气环境下常温超声中2h，最后得到单层或者少层的mxene溶液。
105.s4)、制备柔性电极
106.使用棒涂的方法将5mg/ml的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，直到获得方阻为10ω/sq的柔性pet/agnws电极；
107.将涂覆好的pet/agnws电极浸泡在5mg/ml的mxene溶液中然后烘干，反复进行5次，然后用银奖将绝缘层的细铜线引出来；
108.s5)、制备具有微孔的离子介电层
109.将2gpva与18g去离子在100ml烧杯中混合，并在90℃油浴锅中500rpm快速搅拌下加热2h，然后将1.6ml磷酸加入其中并转移60℃加热搅拌器中继续500rpm快速搅拌加热2h，加热时间到后将多泡沫凝胶倒入预先制备的无微结构pdms模具中，并在50℃恒温烘箱中下烘干，得到具有微孔的离子凝胶介电层；
110.s6)、将具有微孔的离子凝胶介电层贴在两张柔性agnws/mxene电极之间形成离电式传感器，用紫外uv胶来封闭死者形成防水层，采用热缩膜将传感器再次封装，从而获得具有良好防水性能的高灵敏宽线性的离电式传感器。
111.上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
112.实施例5
113.本实施例提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，包括以下步骤：
114.s1)、基底材料预处理
115.将pet薄膜裁剪成5
×
5cm的尺寸，将裁剪好的pet基底材料先放入去离子水进行超声处理10min；然后依次放入乙醇及异丙醇溶液中超声处理10min，处理完成后的pet放进60℃的恒温烘箱中烘干，最后放进等离子处理机的腔体内，在空气环境下等离子处理15min，获得亲水性pet柔性衬底；
116.s2)、导电纳米材料的制备
117.s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；
118.s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；
119.s23)、将4.5g聚乙烯基吡咯烷酮(k30)加入溶液中；
120.s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小时；
121.s25)、冷却后使用去离子水进行多次清洗直至溶液呈现透明色，然后加入1g的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。
122.s3)、mxene材料的制备
123.s31)、将15ml的浓盐酸中加入5ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯
反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；
124.s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；
125.s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着将刻蚀过的溶液转移至三口烧瓶中，然后在氮气环境下常温超声中2h，最后得到单层或者少层的mxene溶液。
126.s4)、制备柔性电极
127.使用棒涂的方法将5mg/ml的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，直到获得方阻为10ω/sq的柔性pet/agnws电极；
128.将涂覆好的pet/agnws电极浸泡在5mg/ml的mxene溶液中然后烘干，反复进行5次，然后用银奖将绝缘层的细铜线引出来；
129.s5)、制备具有微结构和微孔的离子介电层
130.将2gpva与18g去离子在100ml烧杯中混合，并在90℃油浴锅中500rpm快速搅拌下加热2h，然后将0.8ml磷酸加入其中并转移60℃加热搅拌器中继续500rpm快速搅拌加热2h，加热时间到后将多泡沫凝胶倒入预先制备的微结构和微孔pdms模具中，并在50℃恒温烘箱中下烘干，得到具有微结构和微孔的离子凝胶介电层；
131.s6)、将具有微结构和微孔的离子凝胶介电层贴在两张柔性agnws/mxene电极之间形成离电式传感器，用紫外uv胶来封闭死者形成防水层，采用热缩膜将传感器再次封装，从而获得具有良好防水性能的高灵敏宽线性的离电式传感器。由于离子液磷酸浓度降低所以灵敏度也相对降低。
132.实施例6
133.本实施例提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，包括以下步骤：
134.s1)、基底材料预处理
135.将pet薄膜裁剪成5
×
5cm的尺寸，将裁剪好的pet基底材料先放入去离子水进行超声处理10min；然后依次放入乙醇及异丙醇溶液中超声处理10min，处理完成后的pet放进60℃的恒温烘箱中烘干，最后放进等离子处理机的腔体内，在空气环境下等离子处理15min，获得亲水性pet柔性衬底；
136.s2)、导电纳米材料的制备
137.s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；
138.s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；
139.s23)、将4.5g聚乙烯基吡咯烷酮(k30)加入溶液中；
140.s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小时；
141.s25)、冷却后使用去离子水进行多次清洗直至溶液呈现透明色，然后加入1g的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。
142.s3)、mxene材料的制备
143.s31)、将15ml的浓盐酸中加入5ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；
144.s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；
145.s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着将刻蚀过的
溶液转移至三口烧瓶中，然后在氮气环境下常温超声中2h，最后得到单层或者少层的mxene溶液。
146.s4)、制备柔性电极
147.使用棒涂的方法将5mg/ml的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，直到获得方阻为10ω/sq的柔性pet/agnws电极；
148.将涂覆好的pet/agnws电极浸泡在5mg/ml的mxene溶液中然后烘干，反复进行5次，然后用银奖将绝缘层的细铜线引出来；
149.s5)、制备具有微结构和微孔的离子介电层
150.将2gpva与18g去离子在100ml烧杯中混合，并在90℃油浴锅中500rpm快速搅拌下加热2h，然后将0.4ml磷酸加入其中并转移60℃加热搅拌器中继续500rpm快速搅拌加热2h，加热时间到后将多泡沫凝胶倒入预先制备的微结构和微孔pdms模具中，并在50℃恒温烘箱中下烘干，得到具有微结构和微孔的离子凝胶介电层；
151.s6)、将具有微结构和微孔的离子凝胶介电层贴在两张柔性agnws/mxene电极之间形成离电式传感器，用紫外uv胶来封闭死者形成防水层，采用热缩膜将传感器再次封装，从而获得具有良好防水性能的高灵敏宽线性的离电式传感器。由于离子液磷酸浓度降低所以灵敏度也相对降低。
152.实施例7
153.本实施例提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，包括以下步骤：
154.s1)、基底材料预处理
155.将pet薄膜裁剪成5
×
5cm的尺寸，将裁剪好的pet基底材料先放入去离子水进行超声处理10min；然后依次放入乙醇及异丙醇溶液中超声处理10min，处理完成后的pet放进60℃的恒温烘箱中烘干，最后放进等离子处理机的腔体内，在空气环境下等离子处理15min，获得亲水性pet柔性衬底；
156.s2)、导电纳米材料的制备
157.s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；
158.s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；
159.s23)、将9g聚乙烯基吡咯烷酮(k30)加入溶液中；
160.s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小时；
161.s25)、冷却后使用去离子水进行多次离心清洗直至溶液呈现透明色。然后加入0.1g的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。
162.s3)、mxene材料的制备
163.s31)、将15ml的浓盐酸中加入5ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；
164.s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；
165.s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着将刻蚀过的溶液转移至三口烧瓶中，然后在氮气环境下常温超声中2h，最后得到单层或者少层的mxene溶液。
166.s4)、制备pet/agnws柔性电极
167.使用棒涂的方法将5mg/ml的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，由于pva没有去除干净的原因；导致电极导电率较差。
168.涂覆好的pet/agnws电极浸泡在5mg/ml的mxene溶液中然后烘干，反复进行5次，然后用银奖将绝缘层的细铜线引出来；
169.s5)、制备具有微结构和微孔的离子介电层
170.将2gpva与18g去离子在100ml烧杯中混合，并在90℃油浴锅中500rpm快速搅拌下加热2h，然后将0.8ml磷酸加入其中并转移60℃加热搅拌器中继续500rpm快速搅拌加热2h，加热时间到后将多泡沫凝胶倒入预先制备的微结构和微孔pdms模具中，并在50℃恒温烘箱中下烘干，得到具有微结构和微孔的离子凝胶介电层；
171.s6)、将具有微结构和微孔的离子凝胶介电层贴在两张柔性agnws/mxene电极之间形成离电式传感器，用紫外uv胶来封闭死者形成防水层，采用热缩膜将传感器再次封装，从而获得具有良好防水性能的离电式传感器。由于电极导电性较差，减少了电极与介电层静电作用，导致纳米层的edl降低，从而传感器灵敏度较低。
172.实施例8
173.本实施例提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，包括以下步骤：
174.s1)、基底材料预处理
175.将pet薄膜裁剪成5
×
5cm的尺寸，将裁剪好的pet基底材料先放入去离子水进行超声处理10min；然后依次放入乙醇及异丙醇溶液中超声处理10min，处理完成后的pet放进60℃的恒温烘箱中烘干，最后放进等离子处理机的腔体内，在空气环境下等离子处理15min，获得亲水性pet柔性衬底；
176.s2)、导电纳米材料的制备
177.s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；
178.s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；
179.s23)、将4.5g聚乙烯基吡咯烷酮引入溶液中；
180.s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小时；
181.s25)、冷却后使用去离子水进行多次清洗直接溶液呈现透明色，然后加入1g的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。
182.s3)、mxene材料的制备
183.s31)、将15ml的浓盐酸中加入10ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；
184.s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；
185.s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着将刻蚀过的溶液转移至三口烧瓶中，然后在氮气环境下常温超声中2h，最后得到单层或者少层的mxene溶液。
186.s4)、制备柔性电极
187.使用棒涂的方法将5mg/ml的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，直到获得方阻为10ω/sq的柔性pet/agnws电极；
188.将涂覆好的pet/agnws电极浸泡在mxene溶液中然后烘干，反复进行5次，然后用银
奖将绝缘层的细铜线引出来；由于去离子水的两增加，使得mxene中的al没有被完全刻蚀干净，因此电极的赝电容降低，根据离电式传感理论，c
edl
＝uac
×
a，其中uac为电极的单位电容量，因此未刻蚀干净的电极的单位电容uac量更低，因此导致传感器灵敏变低。
189.实施例2-4制备的离子凝胶的微结构图如图2所示。
190.如图3所示，实施例2制备的传感器的灵敏度为125.67kpa-1
，响应时间为《5ms，线性度为0.999；实施例2制备的离电式压力传感主要利用了电极－离子界面处形成的超大edl电容来实现压力传感。
191.如图4所示，在施加的测试电压下，电极带上正电荷a或者负电荷d，在未施加外应力的作用时，离子介电层中的阴阳离子排列是无序的，因此此时电容较低；当施加外应力的作用时，此时电极与离子凝胶层充分接触，在静电作用下，离子凝胶膜中的阴阳离子会运动到电极表面，从而构成双电层(edl)，在纳米级厚度的界面上形成超级电容器。根据点双层edl理论：c
edl
＝uac
×
a，其中a为电极与介电层接触面积，在相同的测试电压下，外界压力载荷会改变电极和离子凝胶膜实际接触面积，导致形成的edl电容的改变，从而感知出压强的大小。采用的微孔微结构设计使微孔表面出现了二级微结构，从而使可变接触面积变大，提高了器件的灵敏度，同时微孔也能增加传感器看线性工作区间。
192.从图5中，可以看出，实施例2制备的传感器具有快速响应与恢复能力的性能，因此实施例2基于微孔微结构离子凝胶介电层的离电压力传感纸表现出了极髙的响应线性度、极高的器件灵敏度、机械稳定性与快速响应。
193.上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

技术特征：
1.一种宽应力全线性柔性离电式传感器，其特征在于：所述的传感器包括热缩膜材料层、柔性agnws/mxene电极、介电层，所述的介电层贴在两个柔性agnws/mxene电极之间，且所述的两个柔性agnws/mxene电极上设置有相应的热缩膜材料层，所述的两个柔性agnws/mxene电极的导电线用银浆与有绝缘层的铜线引出。2.一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：所述的方法用于制备权利要求1所述的传感器，包括以下步骤：s1)、基底材料预处理将裁剪好的基底材料依次在去离子水、乙醇及异丙醇溶液中超声处理，恒温烘干，再经等离子体预处理得到亲水性支撑柔性基底材料；s2)、导电纳米材料的制备将一定量的葡萄糖、硝酸银、硫酸亚铁与pvp加入水热釜中采用水热制备银纳米线agnws，并用nacl再次对agnws进行处理，去除pvp获得良好导电的agnws；s3)、mxene材料的制备使用一定量的浓盐酸、去离子水与lif对ti3alc2进行刻蚀，经过去离子水清洗并超声后获得单层或者少层的mxene材料；s4)、制备柔性电极使用棒涂的方法将一定量的agnws涂覆在清洗好的pet衬底上，直到获得方阻为10ω/sq的柔性pet/agnws电极；将涂覆好的pet/agnws电极浸泡在mxene溶液中然后烘干，反复进行3-5次，然后用银奖将绝缘层的细铜线引出来；s5)、制备具有微结构和微孔的离子介电层将一定量的pva、磷酸与去离子水溶液混合后快速加热搅拌制备成多气泡离子凝胶液，然后均匀刮涂在具有半圆的pdms模具上，然后在恒温下烘干得到具有微结构和微孔的离子凝胶介电层；s6)、将具有微结构和微孔的离子凝胶介电层贴在两张柔性agnws/mxene电极之间形成离电式传感器，用紫外uv胶来封闭死者形成防水层，采用热缩膜将传感器再次封装，从而获得具有良好防水性能的高灵敏宽线性的离电式传感器。3.根据权利要求2所述的一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：步骤s1)中，所述的基底材料分别使用去离子水、乙醇以及异丙醇超声清洗10min，然后等离子清洗机中清理15min。4.根据权利要求2所述的一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：步骤s2)中，所述的葡萄糖、硝酸银、硫酸铁与聚乙烯基吡咯烷酮(k30)的摩尔比约为：2：1.5：0.3：0.01-0.2。5.根据权利要求2所述的一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：步骤s2)中，所述的导电纳米材料的制备，具体如下：s21)、将1.5mmol硝酸银和2mmol葡萄糖在室温下溶解在烧杯中；s22)、加入0.3mmol硫酸铁，磁性搅拌30分钟，得到浅黄色溶液；s23)、将4.5g聚乙烯基吡咯烷酮(k30)加入溶液中；s24)、将均匀混合的溶液转移到100ml容量的高压釜中，密封并在180℃下加热6小时；
s25)、冷却后使用去离子水进行多次清洗直接溶液呈现透明色，然后加入0-0.02mol的nacl去除agnws表面的pvp；2小时后用去离子水进行3次离心清洗，得到agnws。6.根据权利要求2所述的一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：步骤s3)中，所述的浓盐酸、去离子水与lif的摩尔比为：1.7:1-3:0.37.根据权利要求2所述的一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：步骤s3)中，所述的mxene材料的制备，具体如下：s31)、将15ml的浓盐酸中加入5ml的去离子水，然后将配好的溶液倒入聚四氟乙烯反应容器中，再依次加入1.6g的lif与1g的ti3alc2；s32)、将容器置于35℃、550rpm的磁力加热搅拌器中刻蚀35h；s33)、刻蚀结束后用去离子水多次离心清洗至溶液ph≥6为止，紧接着在氮气保护的环境下超声处理2小时，最后得到单层或者少层的mxene溶液。8.根据权利要求2所述的一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：步骤s5)中，所述的磷酸溶液浓度为85％。9.根据权利要求2所述的一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：步骤s5)中，所述的pva、磷酸与去离子水的重量比为：2：0.5-3:1810.根据权利要求2所述的一种宽应力全线性柔性离电式传感器的制备方法，其特征在于：步骤s5)中，将制备好的离子凝胶溶液倒入pdms模具后，在50℃条件下加热0.5～2h，使离子凝胶膜固化。

技术总结
本发明提供一种宽应力全线性柔性离电式传感器及其制备方法，包括热缩膜材料层、柔性AgNWs/MXene电极、介电层，介电层贴在两个柔性AgNWs/MXene电极之间，且两个柔性AgNWs/MXene电极上设置有相应的热缩膜材料层。本发明的电极采用了具有良好机械性能的AgNWs与MXene复合的电极，AgNWs微电极提供了导电骨架，MXene起到保护AgNWs氧化、腐蚀以及提供赝电容的作用；本发明基于离子凝胶膜的离电效应，利用具有多孔微结构的离子凝胶薄膜为介电层，使介电层获得更大的可变形表面积外还提供更大的变形能力，是传统固态同类传感器的千倍，使离电传感线性度更好、灵敏度更高、响应速度更快。响应速度更快。响应速度更快。


技术研发人员：何鑫 苏道渐 马克 秦博龙 李俊贤
受保护的技术使用者：五邑大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/16