一种PDA交联AgNWs/MXene针织物传感器的制备方法及应用

一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法及应用
技术领域
1.本发明属于功能和智能纺织品技术领域，特别涉及一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法及应用。


背景技术：

2.具有可穿戴和功能性的性智能纺织品越来越受到关注，用于人体运动检测的各种基于压阻的应变传感器中，能够满足人体日常舒适穿着和记录实时连续信号的多功能柔性智能电子设备的需求在增大，因此开发柔性健康的可穿戴智能电子的技术问题仍然需要突破。
3.智能可穿戴纺织品一种是由功能化织物制造而成，而其过高的生产成本和复杂的织造流程不易大规模制备，另一种是在传统织物上添加导电涂层，来赋予织物导电性，由于单元之间的界面接触较弱，严重降低了可穿戴电子设备的延展性和灵敏度，例如：cn112251897a一种基于mxene包覆导电纱线的针织柔性传感织物及制备方法，但不锈钢纱线和导电层mxene之间的吸附性能不强，且耐久度堪忧。例如：cn110117431b一种mxene基电磁屏蔽涂层材料的制备方法，制备的mxene基电磁屏蔽涂层材料既具有电磁屏蔽性能，又兼具低成本和轻质的特点，可涂覆至任何需要防护电磁波的基体材料表面，但其涂层的电磁屏蔽性能很依赖基底且并电磁屏蔽效果并不优异。因此将微观导电单元(如纳米颗粒、纳米管和纳米片)组装成高性能互连宏观导电网络仍然具有挑战性。由于mxene蚀刻后mxene片的尺寸和堆叠不规则，mxene纳米片很难组装成良好的互连导电网络。基于纳米线的导电网络的机械性能较差，在实际可穿戴应用中，当导电网络承受压力时，纳米线往往会彼此滑动。例如：cn113382621a一种高电导率mxene/银纳米线复合电磁屏蔽膜的制备方法，其膜可拉伸性能和弯曲性能差，不易反复利用。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法及应用，以解决现有技术中mxene纳米片难以互联导电网络的问题，并增强了agnws/mxene的导电性、电磁屏蔽性能、应变灵敏度和使用耐久度。
5.本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤1、针织物前处理；
7.步骤2、pda在针织物表面改性；
8.步骤3、mxene的制备；
9.步骤4、agnws的制备；
10.步骤5、pda交联mxene/agnws制备agnws/mxene/pda针织物传感器；
11.步骤6、测试分析agnws/mxene/pda针织物传感器的电磁屏蔽、电加热效能和应变传感性能。
12.优选的，所述步骤2中pda在针织物表面改性的具体步骤为：制备ph值为6-9的pda溶液，并将针织物在20-40℃下在pda溶液中浸泡5-8小时，经去离子水清洗完放入烘箱中烘干得到pda改性针织物。
13.优选的，所述pda溶液通过在200ml-300ml去离子水中溶解0.3-0.5g tris-hcl粉末和0.5-0.7g pda得到。
14.优选的，所述烘箱中的烘干温度为20-60℃。
15.优选的，所述步骤3中mxene的制备具体步骤为：向聚四氟乙烯烧杯中加入40-60ml hcl，其物质的量为9mol，再加入2-3g lif并搅拌30-45分钟，取2-3g ti3alc2粉末缓慢倒入溶液中蚀刻ti3alc2粉末并搅拌24-36小时，搅拌结束后用去离子水重复清洗溶液直到ph值为6，然后真空抽滤，抽滤后置于去离子水中并超声波冰浴，收集深绿色上清液，以获得单层或几层深绿色mxene。
16.优选的，所述步骤4中agnws的制备的具体步骤为：向含有乙二醇的烧杯中分别加入cucl2·
2h2o、pvp、agno3并超声溶解,然后向三颈烧瓶中加入80-200ml乙二醇，并在130-180℃水浴中1-2h，并依次加入600-1000μl超声溶解的cucl2·
2h2o溶液、20-40ml pvp和20-40ml硝酸银乙二醇，然后将反应在130-180℃下回流1-2小时，直到反应完成并沉降，用丙酮和无水乙醇洗涤产品3-7次，通过6000-10000rpm离心4-10分钟后得到agnws。
17.优选的，所述步骤5的交联过程包括：将步骤2制备的pda改性针织物浸入步骤3制得的mxene溶液中，浸渍10-20分钟后取出，用去离子水请洗后置于20-60℃烘箱中烘干，得到mxene/pda针织物传感器，随后将mxene/pda针织物传感器置于步骤4制得的agnws溶液中10-20分钟，然后用去离子水清洗后，置于40-60℃烘箱中烘干，得到agnws/mxene/pda针织物传感器。
18.优选的，所述agnws/mxene/pda针织物传感器中agnws和mxene的负载量为1％-20％。
19.优选的，所述步骤3和步骤4至少依次重复一次。重复步骤3、4增加agnws和mxene在织物上的负载量，可增强agnws/mxene/pda传感器电磁屏蔽、传感和电加热等各项性能。
20.优选的，所述针织物包括但不限于涤纶针织布。
21.优选的，所述步骤5还包括采用热轧处理沉积于涤纶织物上的agnws/mxene，增强agnws/mxene/pda针织物传感器的电磁屏蔽性能、传感灵敏度和电加热性能。
22.根据本发明的另一个方面，提供一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的应用，将上述方法制备的pda交联agnws/mxene针织物传感器应用在防电磁屏蔽军事用品、人体可穿戴智能传感器、人体温度检测上。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)该pda交联agnws/mxene针织物传感器的所选基材为涤纶针织物，材料易获取且成本低；(2)导电层agnws/mxene具有较强的导电性能，使得amk织物具有很好的电磁屏蔽性能、应变传感和电加热性能，且交联层pda与导电层agnws/mxene形成氢键以使amk织物具有更好的牢固度；(3)amk织物制备过程操作简单，由于基底为高回弹性涤纶针织物，为此制备的传感器具有高灵敏度和较宽的应变传感范围，可穿戴性强，应用领域多。
附图说明
24.附图1为实施例1的制备流程图。
25.附图2为原始织物图实图和传感织物实图。
26.附图3分别为制得的agnws/mxene/pda/pet传感器应用结果图例。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过各参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.如图1所示，本发明提供一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，该方法包括以下步骤：
29.步骤(1)：高弹针织物前处理，基材选择包括但不限于涤纶针织布；
30.步骤(2)：pda在织物表面改性；
31.步骤(3)：mxene的制备；
32.步骤(4)：agnws的制备；
33.步骤(5)：pda交联mxene/agnws制备agnws/mxene/pda传感器；
34.步骤(6)：测试分析其电磁屏蔽、电加热效能和应变传感性能。
35.具体的说，步骤(2)pda在织物表面改性制备具体步骤为：向烧杯中添加300ml去离子水，然后溶解0.36g tris-hcl粉末和0.60g pda，将织物在30℃下在ph值为8的制备多巴胺溶液中浸泡6小时。pda通过自聚合吸附在纤维表面。用去离子水反复冲洗收到的pda/涤纶针织物，然后在45℃下烘箱干燥以供进一步使用。
36.步骤(3)mxene的制备具体步骤为：向聚四氟乙烯烧杯中加入40ml hcl(9mol)，然后加入2g lif并搅拌30分钟。然后，取2g ti3alc2粉末缓慢倒入溶液中蚀刻ti3alc2粉末并搅拌24小时。搅拌结束后用去离子水重复清洗溶液知道ph值为6。然后真空抽滤，抽滤后置于去离子水中并超声波冰浴，收集深绿色上清液。以获得单层或几层深绿色mxene胶体溶液。
37.步骤(4)agnws的制备的具体步骤为：向含有乙二醇的烧杯中分别加入cucl2·
2h2o、pvp、agno3并超声溶解,向三颈烧瓶中加入100ml乙二醇，并在160℃水浴中1.5h，并依次加入800μl超声溶解的cucl2·
2h2o溶液，30mlpvp，和30ml硝酸银乙二醇然后将反应在160℃下回流1.5小时，直到反应完成并沉降。用丙酮和无水乙醇洗涤产品3-5次，通过8000rpm离心5分钟后得到纳米银线产物。
38.步骤(5)pda交联mxene/agnws制备agnws/mxene/pda传感器的具体步骤为：将步骤(2)制得的pda改性涤纶织物浸入步骤(3)制得的mxene溶液中，然后烘干再浸入步骤(4)制得的agnws溶液中，然后置于培养皿中放入50-60℃的烘箱中干燥，得到agnws/mxene/pda传感织物。
39.步骤(6)中测试分析其电磁屏蔽、电加热效能和应变传感性能的实现是因为agnws和mxene沉积在纤维表面，形成三维导电网络，mxene充当可以增强agnws网络的构建骨架，而agnws插层在mxene之间，可以防止堆叠并连接mxene以构建互连网络，从而为mxene之间的电子转移提供“高速”路径。当发生形变时，纤维上负载导电层agnws/mxene网络之间的接
触点发生错位和分离，以及单根纤维上的导电层发生滑移，即纤维上的导电层赋予了传感器优异的导电性能、电磁屏蔽性能和传感性能。
40.重复步骤(3)、(4)增加agnws和mxene的负载量，可增强agnws/mxene/pda传感器电磁屏蔽性能、电加热性能和应变传感性能。最终，agnws和mxene的负载量范围为1-20％。
41.将agnws/mxene经过热轧沉积在pda交联的涤纶织物上，可增强agnws/mxene/pda传感器电磁屏蔽性能、传感灵敏度和电加热等各项性能。
42.实施例1：结合图1,将多巴胺(pda)溶解至tris-hcl缓冲溶液中，并将织物在25℃下在ph值为8的制备多巴胺溶液中浸泡6小时，去离子水清洗完放入烘箱中烘干，烘干后将织物浸入mxene溶液中，浸渍10分钟后取出，用去离子水清洗后在40℃的烘箱中干燥，得到mxene/pda/pet织物,mxene/pda/pet织物放入agnws溶液浸渍一段时间，去离子水清洗后放入45℃烘箱，烘干后即得到agnws/mxene/pda传感器。测试并计算其电磁屏蔽效能、传感特性和电加热性能。
43.实施例2：重复实施例1，将制得agnws/mxene/pda/pet传感器，再次放入mxene溶液中，超声震荡15min后取出，用去离子水清洗后在45℃的烘箱中干燥，干燥后的agnws/mxene/pda/pet织物放入agnws溶液再浸渍一段时间，去离子水清洗后放入45℃烘箱，烘干后即得到表面涂覆两层mxene和agnws的agnws/mxene/pda/pet传感器，并测试并计算其电磁屏蔽效能、传感特性和电加热性能。
44.上述各实施例制得的pda交联agnws/mxene针织物传感器的电磁屏蔽、传感性能及电加热性能可用于防电磁屏蔽军事用品、人体可穿戴智能传感器、人体温度检测等领域，实现电磁屏蔽、人体热管理和运动检测等功能。
45.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：
1.一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、针织物前处理，所述针织物包括但不限于涤纶针织布；步骤2、pda在针织物表面改性；步骤3、mxene的制备；步骤4、agnws的制备；步骤5、pda交联mxene/agnws制备agnws/mxene/pda针织物传感器；步骤6、测试分析agnws/mxene/pda针织物传感器的电磁屏蔽、电加热效能和应变传感性能。2.根据权利要求1所述的一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中pda在针织物表面改性的具体步骤为：制备ph值为6-9的pda溶液，并将针织物在20-40℃下在pda溶液中浸泡5-8小时，经去离子水清洗完放入烘箱中烘干得到pda改性针织物。3.根据权利要求2所述的一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，所述pda溶液通过在200ml-300ml去离子水中溶解0.3-0.5g tris-hcl粉末和0.5-0.7g pda得到。4.根据权利要求2或3所述的一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，所述烘箱中的烘干温度为20-60℃。5.根据权利要求1或2或3所述的一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中mxene的制备具体步骤为：向聚四氟乙烯烧杯中加入40-60ml hcl，其物质的量为9mol，再加入2-3g lif并搅拌30-45分钟，取2-3gti3alc2粉末缓慢倒入溶液中蚀刻ti3alc2粉末并搅拌24-36小时，搅拌结束后用去离子水重复清洗溶液直到ph值为6，然后真空抽滤，抽滤后置于去离子水中并超声波冰浴，收集深绿色上清液，以获得单层或几层深绿色mxene。6.根据权利要求1或2或3所述的一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤4中agnws的制备的具体步骤为：向含有乙二醇的烧杯中分别加入cucl2·
2h2o、pvp、agno3并超声溶解,然后向三颈烧瓶中加入80-200ml乙二醇，并在130-180℃水浴中1-2h，并依次加入600-1000μl超声溶解的cucl2·
2h2o溶液、20-40ml pvp和20-40ml硝酸银乙二醇，然后将反应在130-180℃下回流1-2小时，直到反应完成并沉降，用丙酮和无水乙醇洗涤产品3-7次，通过6000-10000rpm离心4-10分钟后得到agnws。7.根据权利要求1或2或3所述的一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤5的交联过程包括：将步骤2制备的pda改性针织物浸入步骤3制得的mxene溶液中，浸渍10-20分钟后取出，用去离子水请洗后置于20-60℃烘箱中烘干，得到mxene/pda针织物传感器，随后将mxene/pda针织物传感器置于步骤4制得的agnws溶液中10-20分钟，然后用去离子水清洗后，置于40-60℃烘箱中烘干，得到agnws/mxene/pda针织物传感器，所述agnws/mxene/pda针织物传感器中agnws和mxene的负载量为1％-20％。8.根据权利要求1或2或3所述的一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4至少依次重复一次。9.根据权利要求1或2或3所述的一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤5还包括采用热轧处理沉积于涤纶织物上的agnws/mxene，增强
agnws/mxene/pda针织物传感器的电磁屏蔽性能、传感灵敏度和电加热性能。10.一种pda交联agnws/mxene针织物传感器的应用，将根据权利要求1-9任意一项所述方法制备的pda交联agnws/mxene针织物传感器应用在防电磁屏蔽军事用品、人体可穿戴智能传感器、人体温度检测上。

技术总结
本发明属于多功能电子可穿戴柔性智能纺织品领域，提供了一种PDA交联AgNWs/MXene针织物的制备方法及应用。具体以聚多巴胺(PDA)改性后的涤纶针织物为传感器基底，PDA在MXene层和纤维之间形成氢键，以加强界面相互作用，功能层AgNWs/MXene来构建导电网络，制备得到AgNWs/MXene/PDA智能织物传感器，与单纯用AgNWs和MXene沉积的织物相比，AgNWs/MXene/PDA由于导电网络由一维AgNWs和二维MXene纳米片构成的三维导电网络，因此其具有更高的导电性能和电磁屏蔽等效果，应用于智能可穿戴柔性织物具有更加深远的应用前景。织物具有更加深远的应用前景。织物具有更加深远的应用前景。


技术研发人员：洪兴华 赵卫立
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2022.11.04
技术公布日：2023/7/18