CN111595363A - 不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器及制备方法 - Google Patents

不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于传感器技术领域，涉及一种不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器及其制备方法。本发明中的传感器以MXene/油墨复合结构为传感活性部件，除MXene材料外不含高价金属离子，通过制备分散液和分散工艺，将尺寸较小的MXene纳米片分散在油墨中，在油墨中形成MXene传感网络，能够大幅度提高传感活性部件的传感灵敏性。通过特殊的分散工艺，可以达到加入高价金属离子能够达到的分散效果，避免高价金属离子所带来的问题。本发明中的MXene/油墨高灵敏度传感器可以通过简单的成型方式(丝网印刷、热转印、打印机喷射成型等)方便地涂覆在测试基材或衬底表面，简化了复杂传感阵列的设计方法，避免了高价金属离子对传感网络的影响，增强了监测的准确性。

Description

不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器及制备方法
技术领域
本发明属于传感器技术领域，更具体地，涉及一种不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器及制备方法。
背景技术
复合材料以其优异的力学性能成为许多先进领域中重要的结构材料。对复合材料结构完整性的检测和对试件剩余寿命的预测可以避免复合材料的突然失效。目前应变计和光纤传感器广泛应用于工程的各个领域，用于关键基础设施的监测和损伤检测，但是他们也可能在复合材料结构中形成缺陷，导致复合材料构件产生裂纹和损伤。因此，有必要开发新的技术来监测复合材料结构的损伤状态。
二维材料因其独特的电、力、磁，光性能在众多领域中的广泛应用，引起了人们广泛的关注。目前已经合成的二维材料有石墨稀、二硫化钼、碳化硼、二硫化钨、硅烯等等，2011年Yury Gogotsi通过化学刻蚀方法制备了一种新型过渡金属碳化物一MXene。MXene符合通式MnAXn-1，其中“M”通常表示过渡金属(Ti、V、Zn等),“A”主要为Ⅲ或IV族元素(Al、Si等)，“X”为C或N元素，与其他二维材料相比，MXene不仅具有比表面积大、活性点多以及独特的“手风琴”层状结构等特性，还拥有优异的亲水性，金属导电性，良好的热分散性能等优势,在作为电容储能材料，电磁屏蔽材料等方面具有广泛的应用，但是在作为传感器方面的应用却鲜有提及。
专利CN109238522A提出了一种可穿戴的柔性应力传感器，含有二维无机纳米片层材料和油墨，其中二维无机纳米片层材料包括氧化石墨烯和MXene材料。但其组成中还包括高价金属离子和高分子螯合剂，含金属离子的油墨通常含有螯合剂，高分子螯合剂对不同价态、不同几何构型的高价金属离子有选择性形成螯合物的能力，对多价金属离子能在相当宽的pH值范围内形成水溶性络合物，二者相互配合，对于MXene材料也具有极佳的分散效果。然而，Cu2+、Fe3+等高价金属离子具有极强的氧化性，而MXene也极易氧化，增加MXene被氧化的可能性，氧化后MXene导电性能大幅度下降，导致制成传感器的灵敏度下降，同时，也会引进其他导电离子，在构建传感网络中发挥作用，传感器稳定性下降，造成实验结果分析不准确。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器及其制备方法，MXene材料具有优异导电性、高灵敏度、宽应变范围，通过优化MXene的浓度以及分散工艺，将尺寸较小的MXene纳米片分散在油墨中，在油墨中形成MXene传感网络，能够大幅度提高传感活性部件的传感灵敏性。通过调节MXene与油墨的质量比例，可以调节传感器的灵敏度。通过优化分散工艺和参数，能够实现MXene2-5层少层分散，与油墨混合度高，不需要高分子螯合剂与高价金属离子即可达到高电导率和分散性，相比含有金属离子的传感器性能更稳定，灵敏度更高。同时，油墨中成分越少，对MXene/油墨复合材料的性能影响就越小，更有利于以不同的方式涂覆。本发明提供了另一种使MXene均匀分散的思路，解决了含有高价金属离子所导致的影响传感器灵敏度和数据准确性的问题，以及解决了添加高分子螯合剂与高价金属离子所带来的对油墨性质的影响，如导致粘度增大等问题。本发明中的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器可以通过多种成型方式(丝网印刷、热转印、打印机喷射成型)直接涂覆在测试基材表面，解决了传统的传感器需要埋入测试基材中进行结构健康监测，对材料形成结构缺陷的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一个方面是提供了一种不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器，其特征在于，该传感器的传感活性部件为具有优异导电性、高灵敏度、宽应变范围的MXene材料和油墨的复合结构，该MXene/油墨复合材料中，MXene能够完全分散在油墨中，该复合材料中，除MXene材料外不含有高价金属离子。作为本发明的进一步优选，所述MXene材料是通过盐酸和氟化锂选择性蚀刻母相材料MAX相来获得的；所述母相材料MAX相中，M为过渡族金属，A主要为Ⅲ族元素或IV族元素，X为C元素或N元素；MXene材料尺寸约为200～500nm。
所述母相材料优选为Ti3AlC2，所述MXene材料优选为Ti3C2。
所述油墨可选用溶剂型油墨、水溶性油墨、UV油墨，油墨中不含高价金属离子和螯合剂，优选溶剂型油墨，里面含有少量的芳香烃溶剂，有利于与MXene分散液的共混。
作为本发明的进一步优选，所述MXene/油墨复合结构中，所述MXene与所述油墨两者的质量之比为1：(1～100)，优选为1：25。
所述MXene/油墨高灵敏度传感器的传感活性部件对应的电阻值能够在传感器所处的外力条件或温度条件发生变化时产生变化，不同质量比的MXene/油墨对于外力响应的灵敏度不同。
优选的，本发明提供的MXene/油墨高灵敏度传感器为压阻传感器、应变传感器或温度传感器，传感器尺寸为10mm×(10～30)mm。
优选的，本发明提供的MXene/油墨高灵敏度传感器通过将MXene/油墨复合材料涂覆在测试基材表面进行使用。
优选的，本发明提供的MXene/油墨高灵敏度传感器所应用的测试基材为复合材料、金属、陶瓷或塑料。
按照本发明的另一个方面，提供了一种制备涂覆在测试基材表面的MXene/油墨高灵敏度传感器的方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将MXene粉末分散在分散溶剂中制成MXene分散液，为了让MXene不依赖高分子螯合剂与金属离子即可完全分散在油墨中，制备分散液的分散工艺为：将MXene材料在分散溶剂中搅拌后，超声分散处理，转速3000r/min离心，将溶液杂质去除；将所述搅拌、超声分散处理、离心、杂质去除的分散过程重复3～5次，在每一次中超声分散功率在100W～50W范围逐级递减，制得MXene分散液，将分散液按所需比例加入油墨中；
步骤(2)：将步骤(1)中的MXene/油墨混合物通过分散工艺混合均匀后，除去分散溶剂制得MXene/油墨复合材料；
步骤(3)：将制备的MXene/油墨复合材料涂覆在测试基材或衬底表面，固化；
步骤(4)：在MXene/油墨复合材料表面两端分别连接两条导线的一端，涂导电银浆粘合导线和MXene/油墨复合材料，将导电银浆烘干，将两条导线的另一端连至信号转换元件上。
步骤(1)中的搅拌过程优选为磁力搅拌10～30min，超声分散处理过程优选10～20min。逐级分散可以在不依赖于分散剂的情况下，多次分散来提高分散效果，每次改变分散参数是为了避免经过长时间分散处理后，MXene片层结构出现损伤，影响传感效果。根据分散溶剂的不同，分散次数随之改变，第一级目的为将粉末中存在块状的MXene分散，第二级是将MXene分散在分散溶液中(避免在第一级分散中，块状MXene未在分散溶液中分散)，后几级作用为了获取更加均匀的MXene分散液。
步骤(1)中离心转速优选3000r/min，时间10min，离心除杂可以根据MXene质量的不同，将部分块状的MXene和制备过程中未反应的MXene形成蓬松状沉淀附在离心管底部，之后将离心管底部去除，多次离心可以避免在取出上层分散液的过程中带出少量的杂质，进行多次离心处理且离心速率不变可有效地将杂质去除。
根据所选油墨种类，分散溶剂可选用甲苯、水、丙酮、二甲基亚砜(DMSO)，优选二甲基亚砜，MXene在二甲基亚砜中的分散性极佳，此外，作为有机溶剂与油墨的相容性很好并且能够消除油墨中芳香烃对于人体的危害。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中的分散工艺为机械研磨分散、超声分散或添加分散剂中的一种；所述步骤(2)中除去分散溶剂的方法为真空烘干法、冷冻干燥法或分子筛法中的一种。
作为本发明的进一步优选，所述MXene/油墨复合材料的制备方法，其特征在于，该方法是通过向油墨中加入MXene/DMSO分散溶液，通过磁力搅拌超声分散混合均匀后，经过真空烘干后制得。所述的分散液在油墨中混合的磁力搅拌时间优选为2h,转速400rpm～700rpm,优选500rpm。超声分散时间20min,功率70W～90W,优选80W。
作为本发明的进一步优选，所述真空烘干法的烘干温度为60℃，烘干时间1h。
优选的，所述步骤(3)中涂覆MXene/油墨复合材料的方法为丝网印刷、热转印或打印机喷射成型中的一种，
作为步骤(3)中的涂覆MXene/油墨复合材料的方法的一种优选，提供一种通过将MXene/油墨复合材料打印在复合材料表面来检测的方法。具体步骤如下：
步骤(1)：制备MXene/油墨复合材料并放入注射器；
步骤(2)：将已经固化的复合材料板放在打印机板上；
步骤(3)：通过打印机将MXene/油墨复合材料打印到复合材料板上，以形成导电网络；
步骤(4)：将带有导电纳米复合材料的复合材料板固化，使二者之间相互粘合。
作为本方法的进一步优选，所述打印机采用喷射成型的方式成型。
作为本方法的进一步优选，在真空的条件下将MXene/油墨复合材料装入注射器中，避免产生气泡
作为本方法的进一步优选，将MXene/油墨复合材料通过0.4～0.6毫米的喷嘴注射到复合材料板上。并且注射器的移动速度不能超过4毫米/秒。
作为本方法的进一步优选，打印出的传感器活性部件尺寸为10mm×10mm～10mm×30mm。
作为本方法的进一步优选，将带有MXene/油墨复合材料的复合材料板在真空的条件下固化，固化温度为60℃，时间为2h。
本发明的有益效果为：
(1)提供了一种不含高价金属离子MXene/油墨高灵敏度传感器，其中MXene材料具有优异导电性、高灵敏度、宽应变范围，通过优化MXene的浓度以及分散工艺，将尺寸较小的MXene纳米片分散在油墨中，在油墨中形成MXene传感网络，能够大幅度提高传感活性部件的传感灵敏性。不含高价金属离子可减少MXene被氧化的可能性，MXene电导率不会发生下降，从而提高传感活性部件的传感灵敏性，此外，不含高价金属离子可避免产生高价金属离子参与构建传感网络的影响因素，传感器更稳定，增强监测的准确性。
(2)通过调节MXene与油墨的质量比例，可以调节传感器的灵敏度，制备满足不同需求环境的压阻传感器、应变传感器或温度传感器。
(3)传统的传感器需要埋入复合材料中进行结构健康监测，本发明中的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器可以方便地通过不同成型方式，尤其是现有的油墨印刷方式如丝网印刷、热转印、打印机喷射成型等，涂覆在测试基材表面，不对材料形成结构缺陷。
附图说明
图1为MXene/油墨复合材料制备流程图。
图2为腐蚀后的MXene扫描电镜图。
图3为MXene在DMSO中分散的偏光显微镜图。
图4为MXene/油墨的透射电镜图。
图5为剥离后的MXene红外光谱和拉曼光谱谱图。
图6为实施例1中制备的MXene/油墨传感器(MXene油墨的质量比1∶25)的拉伸曲线图。
图7为实施例1和3中不同质量比的MXene/油墨传感器(质量比为1∶25和1:5)的拉伸曲线图。
图8为实施例2和3中在低应变下MXene/油墨传感器(质量比为1∶75和1：5)的分级加载卸载曲线图。
图9为实施例4中MXene/油墨传感器对于温度响应的曲线图。
图10为实施例4中MXene/油墨传感器对于金属压力容器的监测曲线图。
图11为对比例7中制备的加入高价金属离子MXene/油墨传感器(MXene油墨的质量比1∶25)的拉伸曲线图。
图12为实施例8中MXene在不同分散阶段中在DMSO中分散情况。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细描述。此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明采用MXene/油墨作为传感器的活性材料，通过在电极上涂导电银浆粘结传感器与导线，通过电阻采集器的采集信号来表示传感器对于外力的响应。
作为本发明的一个实例，MXene材料采用HC1和LiF选择性刻蚀母相MAX中的A层，同时水合锂离子进行插层，再通过离心，真空干燥的方法得到单层的MXene纳米片。之后将MXene粉末分散在DMSO中，紧接着将油墨与MXene分散液进行混合，磁力搅拌超声分散，在真空干燥一小时后，得到MXene/油墨复合材料。并且通过打印在喷涂在复合材料表面，制备了基于MXene/油墨的高灵敏度传感器。在复合材料受到拉力作用时，MXene/油墨内纳米片之间接触面积会减小，隧穿距离变长，电流传输变得困难，电阻急剧地增加，获得较高的灵敏度。不同质量比的传感器对于力的响应也不同。在逾渗阈值附近时传感器更加灵敏。
为降低制备传感器的成本，如图1所示，采用溶液共混法将MXene的分散液与油墨进行混合，磁力搅拌超声分散，真空干燥后制得MXene/油墨复合材料。
MXene的具体合成步骤的一个实例为：取5gMAX粉末慢慢加入到100ml 9M的盐酸和5gLiF混合溶液中，在室温下磁力搅拌下反应24h。研究发现当LiF与MAX的摩尔比为7.5∶1，盐酸浓度为9M时，得到的MXene片层质量最好，产量更高。然后将上述的混合液进行离心清洗(3500rpm)至pH到达中性，最后一次离心后MXene呈现蓬松状，紧接将离心转速调制1500rpm，继续离心取上层共混物，目的是为了去除MXene中的杂质。之后将收集到的共混物在3500rpm下离心l h，将共混物分成上层清液和泥浆，将泥浆放入真空干燥箱中60℃干燥，制得的则为需要的MXene粉末。
MXene具有良好的亲水性，导电性，MXene在水中的分散液具有明显的丁达尔效应。如图2所示为腐蚀后的MXene扫描电镜图，用蚀刻法合成的MXene一般都是纳米尺寸并且仍然具有完整的增状结构。MXene相比于其他二维材料来说尺寸更小，更容易分散在油墨中，避免在空气中的氧化。
MXene/油墨的具体合成步骤举例：称取0.1g MXene粉末，将2g的DMSO浸没MXene粉末，将MXene加入DMSO中磁力搅拌30min，混合溶液超声分散10分钟，离心(转速3000r/min)20分钟，去除杂质。将以上搅拌、超声分散、离心、除杂步骤重复三次，超声功率分别采用100W、90W、80W。加入适当比例的油墨，磁力搅拌1h，80W超声处理20min，使MXene在DMSO中完全分散，称取1g的油墨加入分散液中，磁力搅拌2小时之后超声分散20分钟，将MXene/油墨放入真空干燥箱60℃干燥1小时。
其中将分散液分散入油墨的方法还可以由其他分散方式，如机械研磨分散和添加分散剂的方式代替，除去分散剂的方法还可以由其他方式，如冷冻干燥法或分子筛法代替。
如图3所示，采用偏光显微镜观察MXene在DMSO中的分散情况。可以看出MXene之间的间距约为300nm，并且分散性良好。MXene/油墨的透射电镜图像如图4所示，油墨附在MXene纳米片层的表面，MXene与油墨的分级现象明显。
对于剥离后的片层状MXene进行红外光谱和拉曼光谱分析如图5所示，3857、3754和2922cm-1的吸收带主要与羟基有关；2290和2067cm-1的吸收带由于有氧存在而与氢键相连；1742和1632cm-1的吸收带与C＝O键有关；1371cm-1处的吸收带与氢键有关，因为分子水(O-H)的存在。红外光谱和拉曼光谱结果表明，MXene表面含有大量的氧和羟基，增强了其亲水性，可用于水性油墨，溶剂选择去离子水；也可通过自乳化法将水性官能团引入到树脂中，UV油墨含有40％的主体树脂和40％的单体，可通过丙酮甲苯等有机溶剂将MXene引入到树脂中。
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，具体实施例为进一步详细说明本发明，非限定本发明的保护范围。
实施例1
称取0.1gMXene粉末，将2g的DMSO浸没MXene粉末，将MXene加入DMSO中磁力搅拌30min，混合溶液超声分散10分钟，离心(转速3000r/min)20分钟，去除杂质。将以上搅拌、超声分散、离心、除杂步骤重复三次，超声功率分别采用100W、90W、80W，使MXene在DMSO中完全分散，称取2.5g的不含高价金属离子的溶剂型油墨加入分散液中，磁力搅拌2小时之后超声分散20分钟，将MXene/油墨放入真空干燥箱60℃干燥1小时。MXene和油墨的质量比例为1:25。
将制备的MXene/油墨复合材料并放入注射器，之后将已经固化的复合材料板放在打印机板，打印机以不超过4毫米/秒的速度将MXene/油墨打印到复合材料板上，尺寸为10mm×30mm。然后将MXene/油墨固化，使其与复合材料板之间相互粘合，在MXene/油墨复合材料两端连接导线并涂导电银浆固定，导线另一端接至电阻采集器上，对待测试件进行力学拉伸试验检验和微应变(0％～0.06％)情况下分级加载卸载试验测试其灵敏度。
实施例2
将油墨的质量改为7.5g，MXene和油墨的质量比例为1:75，其他同实施例1。
实施例3
将油墨的质量改为0.5g，MXene和油墨的质量比例为1:5，其他同实施例1。
实施例4
制备MXene/油墨复合材料的方法同实施例1。
MXene/油墨传感器制备方法：将制成的MXene/油墨复合材料通过热转印的方法印在柔性电路上，尺寸为10mm×10mm，形成传感器阵列。利用焊接的方法将柔性电路连接在金属压力容器上，采用电阻采集器和热电偶，收集传感器对于温度的响应情况，如图9所示。并且对于压力容器进行3000次的打压泄压试验，检测传感器在多次使用时的服役情况，如图10所示。
实施例5
称取0.1gMXene粉末，将2g的水浸没MXene粉末，磁力搅拌30min，混合溶液超声分散10分钟，离心(转速3000r/min)20分钟，去除杂质。将以上搅拌、超声分散、离心、除杂步骤重复四次，超声功率分别采用90W、80W、70W、60W，使MXene在水中完全分散，称取5g的不含高价金属离子的水溶性油墨加入分散液中，添加分散剂后磁力搅拌进行分散，将MXene/油墨放入冷冻干燥仪-40℃干燥过夜。MXene和油墨的质量比例为1:50。
将制备的MXene/油墨复合材料通过丝网印刷的方式印制在陶瓷板表面，尺寸为10mm×20mm，待油墨固化后连接导线到MXene/油墨复合材料两端并涂导电银浆固定导线，导线的另一端连接至信号转换元件上。制成的传感器可同时作为温度传感器和应变传感器用于检测陶瓷的抗热震性能以及热震断裂机制。
实施例6
称取2gMXene粉末，将40g的丙酮浸没MXene粉末，磁力搅拌30min，混合溶液超声分散10分钟，离心(转速3000r/min)20分钟，去除杂质。将以上搅拌、超声分散、离心、除杂步骤重复五次，超声功率分别采用90W、80W、70W、60W、50W。使MXene在甲苯中完全分散，称取120g的不含高价金属离子的UV油墨加入分散液中，在研磨分散机中分散4h，将MXene/油墨放入真空干燥箱60℃干燥1小时。MXene和油墨的质量比例为1:60。
对比例7
在油墨加入到分散液中之前，将加入0.02g的壳聚糖搅拌24小时，加入0.002g的Fe3+并搅拌5小时，使MXene在DMSO中完全分散，其他同实施例1。
实施例8
将MXene材料在DMSO中经20min搅拌，20min超声分散处理，转速3000r/min离心，将溶液杂质去除；将所述搅拌、超声分散处理、离心、杂质去除的分散过程重复5次，在每一次中超声分散功率在100W～60W范围以10W为间隔逐级递减，制得MXene分散液，使用偏光显微镜对每次处理后的分散液液进行观察。
将制备的MXene/油墨复合材料并放入注射器，之后将塑料板放在打印机板，打印机以不超过4毫米/秒的速度将MXene/油墨打印到塑料板上，尺寸为10mm×30mm。然后将带有MXene/油墨复合材料固化，使二者之间相互粘合，连接导线到MXene/油墨复合材料两端并涂导电银浆固定导线，导线的另一端连接至信号转换元件上。制成的传感器可用于检测塑料的强度、塑性、疲劳极限等。
图6展示了实施例1中MXene/油墨(质量比为1∶25)检测复合材料拉伸性能的应力应变曲线，传感器的灵敏度可用数学表达式GF＝(ΔR/R0)/ε表示，是电阻变化率与应变的比值，GF值越大传感器越灵敏。可以看出，在不同的拉伸阶段传感器都保持了超高的灵敏度分别为116.6和554.3，并且这一数值的拟合度也非常的高，达到了0.992和0.996。
图7展示了实施例1和3中的MXene/油墨(质量比为1∶25和1:5)检测复合材料拉伸性能的应力应变曲线，从图中看出，随着MXene的比例增加，使传感器的应变传感系数下降。
图8展示了实施例2和3中的MXene/油墨(质量比为1∶75和1：5)检测复合材料在微应变(0％～0.06％)情况下分级加载卸载曲线，能够得出，在微小应变条件下，能够对复合材料力学性能进行监测，对于质量比1:5的传感器，灵敏度下降比较明显(4,4.5,4.67)，而1:75的传感器在微小应变条件下，灵敏度可达(92.5,92.75,92.3)。
图9展示了实施例4中MXene/油墨温度传感器对于温度的响应情况，能够看出传感器的电阻变化率与温度的变化响应是一致的，温度升高到120℃，电阻变化可达到0.16，并且温度恢复到室温，传感器可恢复到初始值，可实现多次使用。
图10展示了实施例4中MXene/油墨温度传感器对于金属压力容器打压泄压的监测测数据图，进行了3000次的疲劳试验，所使用的传感器仍可保持良好的服役状态。
图11展示了对比例7中加入高分子螯合剂和高价金属离子分散后的MXene/油墨传感器检测复合材料拉伸性能的曲线，与实施例1中未加入高价金属离子，其他制备方式相同的MXene/油墨传感器相比，加入高价金属离子的传感器传感系数较低，在应变达到一定值后，传感器的电阻变化率发生突变，传感图像十分不稳定。
图12展示了实施例8中MXene在不同阶段在DMSO中分散情况，如图a～f所示，a为只有搅拌后的处理图像，图中可观察出大量未被分散的块状MXene，有明显的聚集现象。b为经过一次超声分散图像，块状的MXene分解，但分解后的MXene无法实现在DMSO的完全分散，需要进一步的分散，c图为第一次离心除杂处理后的图像，可以看出才逐层分散中离心步骤必不可少，离心可以除掉少量未分散的MXene，图d为经过五次分散工艺后的图像，可以观察出经过多次分散工艺，MXene能够完全分散，然而MXene的含量很低，这是由于每次分散后都会出现损耗，选用合适的分散次数根据分散溶液的种类有关。e为经过三次分散工艺处理后的图像，此时处于最佳的分散状态，所以在DMSO中最佳的分散次数是三次f为经过三次搅拌和超声分散，未进行除杂处理后的图像，经过了三次分散工艺后MXene已能够大部分分散，与图e形成对比，说明每次分散后都需要进行除杂处理。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器，其特征在于，所述不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器的传感活性部件为MXene材料和油墨的复合结构，所述MXene材料的尺寸范围为200～500nm，所述MXene材料完全分散在所述油墨中，所述复合结构中除MXene材料外不含高价金属离子。
2.根据权利要求1所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器，其特征在于，所述不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器的活性部件涂覆在测试基材或衬底表面。
3.根据权利要求1或2所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器，其特征在于，所述油墨为溶剂型油墨、水溶性油墨或UV油墨中的一种，所述MXene材料与所述油墨的质量比为1：(1～100)。
4.根据权利要求2所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器，其特征在于，所述测试基材为复合材料、金属、陶瓷或塑料中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器，其特征在于，所述不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器为压阻传感器、应变传感器或温度传感器，所述活性部件尺寸为10mm×(10～30)mm。
6.根据权利要求1或2所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器，其特征在于，所述不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器能够通过所述MXene与所述油墨的质量比例变化实现对于灵敏度的控制。
7.权利要求1所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：将MXene材料在分散溶剂中搅拌后，超声分散处理，转速3000r/min离心，将溶液杂质去除；将所述搅拌、超声分散处理、离心、杂质去除的分散过程重复3～5次，在每一次中超声分散功率在100W～50W范围逐级递减，制得MXene分散液，将分散液按比例加入油墨中；
步骤(2)：将步骤(1)中的MXene/油墨混合物通过分散工艺混合均匀后，除去分散溶剂制得MXene/油墨复合材料；
步骤(3)：将制备的MXene/油墨复合材料涂覆在测试基材或衬底表面，固化；
步骤(4)：在MXene/油墨复合材料表面两端分别连接两条导线的一端，涂导电银浆粘合导线和MXene/油墨复合材料，将导电银浆烘干，将两条导线的另一端连至信号转换元件上。
8.根据权利要求7所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的分散溶剂为甲苯、水、丙酮、二甲基亚砜中的一种。
9.根据权利要求7所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的分散工艺为机械研磨分散、超声分散或添加分散剂中的一种；所述步骤(2)中除去分散溶剂的方法为真空烘干法、冷冻干燥法或分子筛法中的一种。
10.根据权利要求7所述的不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中涂覆MXene/油墨复合材料的方法为丝网印刷、热转印或打印机喷射成型中的一种。
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