类石墨烯/聚合物柔性传感器的制备与性能研究

With the development of modern society, integrated and miniaturized smart sensors have attracted more and more attention due to their sensitive and accurate response in various environments. Among these sensors, flexible sensors are important candidates for developing sensory systems. Based on various polymeric substrates such as polyurethanes, supramolecular polymers, papers and textiles, we attempt to use conductive MXenes as sensory materials to fabricate a series of MXenes/polymer composite sensors. Due to the chemical nature of MXenes such as sensitive gas responsiveness, high photo-thermal conversion efficiency and good conductivity, we use filtration, spraying, printing and blending to fabricate the flexible sensors with sensitivity to gas, pressure and temperature etc. Moreover, we are going to realize the function such as self healing and wearable properties by choosing various flexible polymeric substrates. This project aims to prepare highly sensitive, highly selective and function-integrated flexible sensors with simple fabrication, low-cost and easy-processing materials.

随着智慧社会建设理念的到来，越来越多的研究者关注于更加集成化、智能化及微小型化，并可在特殊环境、特殊信号中进行检测的新型传感器的研究。其中，柔性传感器由于具有透明性、柔韧性、可穿戴性、易加工改造等特点，极大地符合新型传感器的发展要求。本项目中，我们提出使用一类新型的传感材料——半导体陶瓷材料类石墨烯（MXenes），借助于该材料所具备一定的气体响应性、较高的光热转换能力、较高的导电率、表面可修饰性等特性，并对其进行表面改性，通过抽滤、喷涂、印刷、共混等方式同常见的聚合物基底进行结合，制备具有气体、压力、温度等响应的柔性传感器。另外，通过对于柔性基底的选择，可同时实现传感器的自修复与可穿戴等性能。该项目旨在利用简单的制备方法、低廉的成本、易加工的原材料，制备出高灵敏性、高选择性、多功能一体化的新型智能柔性传感器。

随着万物互联时代的到来，柔性传感器由于其可设计性强、成本低、柔韧性高、功能性多等优点已在可穿戴、医疗电子、环境监测等领域发挥重要作用。本项目致力于利用类石墨烯材料高的光热转换能力、特殊的电子和表面性质、较好的力学性能，通过和柔性基底进行结合来制备出适用于不同应用场景的高灵敏度、高稳定性、多功能的柔性传感器。本项目从四个方面展开：（1）类石墨烯材料的光热转换性能研究，通过将类石墨烯材料直接同柔性基底进行结合，获得具有高灵敏的温度传感芯片及具有高效率太阳能蒸发器件；（2）类石墨烯材料的光热转换增强结构研究，通过对类石墨烯材料表面进行结构设计，提高了原有材料的光热性能，获得具有更高灵敏度的温度传感芯片，可实现对于远距离热源的检测；（3）其他具有光热转换性能材料的研究，通过将一些黑材料同具有自修复性能、多孔结构等柔性材料进行结合，获得具有多功能性的温度传感芯片及太阳能蒸发器件；（4）类石墨烯材料的其他传感性能研究，通过将微结构同类石墨烯材料进行结合，获得了具有高灵敏、宽范围的力学传感器及湿度传感器。基于以上工作，共发表SCI论文11篇，申请专利6项，并有数篇论文在撰写中。通过本项目的研究，我们不仅实现了具有温度、力学、湿度等多功能传感性能的类石墨烯基柔性传感器的制备，而且实现了其他材料柔性传感器件的制备。发展了书写、打印、丝网印刷、喷涂、抽滤、原位沉积等多种低成本构筑高性能柔性传感器件的方法，研制了具有自修复性、规则多孔结构、砖瓦结构等柔性基底，为类石墨烯柔性传感器及其他柔性传感器的制备和应用提供新的思路和价值。