随着社会的快速进步与飞速发展,人们对于人体健康监测的关注推动了智能可穿戴器件的研究,尤其是柔性可穿戴传感器。压阻型传感器是柔性可穿戴传感器中一个重要的类型。由于传感材料本身的刚性和柔性基底的粘弹性,往往存在变形能力、灵敏度和传感范围等方面不可兼具的缺陷,限制了其在柔性可穿戴器件中的应用。目前研究的关键是如何制备出同时具有高灵敏度和宽工作范围的传感器。通过有效的方法,进行合理而巧妙的设计,调节柔性基底与传感材料之间的接触电阻,可以实现提高传感器的工作范围和敏感度等性能的目的。因此,新材料和合理的结构是解决这一问题的关键。为此本文选择使用最近兴起且具有优异亲水能力和类金属导电性的二维片状过渡金属碳化物(Ti3C2Tx MXene)来构筑合理的三维微观结构,通过常见的模板与简单的制备方法,制备出与柔性基底巧妙结合的复合材料,组装成为性能稳定、敏感度高,多功能的柔性可穿戴传感器件。因此本论文主要的研究内容如下:(1)通过盐酸/氟化锂刻蚀过渡金属碳化物前驱体(MAX)成功制备出二维过渡金属碳化物纳米片:制备单片层的MXene存在很多问题,在本章之中我们采用盐酸和氟化锂作为刻蚀剂,原位生成氢氟酸来刻蚀过渡金属碳化物前驱体Ti3AlC2 MAX相。一方面可有效避免直接使用氢氟酸所带来的危险,制备过程更为环保;另一方面刻蚀溶液中含有的锂离子可以起到插层的作用。通过控制刻蚀的温度以及时间,我们制备了片层完整、性能稳定、电导率高的单片层MXene纳米片。(2)制备中空结构的MXene-PDMS复合材料,并研究其传感性能:制备输出信号稳定与使用可靠的中空结构可弯曲压力传感器是目前研究的一大热点。在本实验中我们采用三维镍泡沫为自牺牲模板,通过浸渍不同次数的MXene水分散液,然后灌注聚二甲基硅氧烷(PDMS),用盐酸去除掉镍基板,得到中空结构的MXene-PDMS复合泡沫,并组装形成具有高弯折、性能稳定、敏感度高的压力传感器。该传感器可以实现0-180°大范围弯折角度的有效检测,对0.05-2 Hz不同频率可以实现稳定的检测。最低检测极限为10 mg,其响应速度为20 ms。并且可以实现人体各个部位弯曲动作和音响发声震动的检测。还可以实时监测氧化石墨烯等粉体材料在溶剂中的超声剥离状态。(3)制备层状结构的MXene-木头海绵,用于自储能传感器:本实验选择具有层状结构的木头海绵为模板,制备了层状的MXene-木头海绵传感器。选用氢氧化钠和亚氯酸钠两步法处理天然木头,得到具有优异回弹性的木头海绵。然后在木头海绵三维骨架上负载MXene纳米片,得到MXene-木头海绵传感器。该传感器在0-50%应变下可以实现稳定的检测,并且对于不同频率的检测也很稳定。在-196摄氏度的低温下,也可以正常工作。还可以用于超级电容器自储能以检测人体生理信号。并且具有优异的透气性和可裁剪性,非常适用于可穿戴的压力传感器。