本發明公開了一種基于MXene/rGO復合三維結構的高靈敏傳感器，其特征在于，該傳感器的傳感活性部件為MXene/rGO復合三維結構；該MXene/rGO復合三維結構中，MXene分散在還原氧化石墨烯(rGO)中。本發明通過對傳感器壓阻式壓力傳感器中傳感活性部件的組成、結構進行改進，引入三維結構的MXene/rGO復合材料(尤其是MXene/rGO復合氣凝膠)，將尺寸較小的MXene納米片分散于氧化石墨烯GO納米片膠體溶液中，并最終形成MXene分散在還原氧化石墨烯rGO中而構成的MXene/rGO復合三維結構，能大大提高壓阻傳感器的傳感靈敏性。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，更具體地，涉及一種基于MXene/rGO復合三維結構的高靈敏傳感器，該傳感器利用MXene/rGO(即MXene/還原氧化石墨烯，簡稱為MX/rGO)氣凝膠孔徑、孔與孔距離極大可調的特性來宏觀調控器件的電學接觸，從而進行傳感(如壓力傳感等)。

背景技術

過去十年，二維材料因其獨特的電學、力學、光學性能和在眾多領域中的廣泛應用，引起了人們廣泛的關注。目前已經合成的二維材料有石墨稀、硫化鉬、碳化硼、黑磷、銻錫等等，2011年Yury Gogotsi通過化學刻蝕方法制備了一種新型過渡金屬碳化物—MXene。它是通過刻蝕母體材料MAX來獲得的，其中M為過渡族金屬，A主要為Ⅲ或Ⅳ族元素，X為C或N元素。與石墨烯、硫化鉬等典型的二維材料相比，MXene不僅具有比表面積大、活性位點多以及原子層厚度等特性，還擁有良好的親水性，金屬導電性，化學組成可調等優勢，在超級電容器、鋰離子電池、電磁場屏蔽、海水淡化等領域表現了很好的應用。MXenes的傳感性能以及其在傳感器領域的相關研究卻鮮有提及。

用Hummer法制備的氧化石墨烯產量高、質量良好，可將其膠體溶液冰凍，在冰晶的生長過程使GO片層定向規律排布，再冷凍干燥得到氧化石墨烯三維結構，最后熱處理還原得到石墨烯氣凝膠。石墨烯憑借其超輕和超彈的特性，廣泛用于設計、制備壓阻式壓力傳感器。如張忠等人^[1]用冰模板和真空高溫退火法制備了石墨烯/碳管復合氣凝膠，其靈敏度為0.02-0.19kPa^-1；李宜彬課題組^[2]用類似的方法合成了一種石墨烯/聚酰亞胺三維氣凝膠，其靈敏度為0.023-0.18kPa^-1。

石墨烯具有超輕、超彈的特性，很適用于用于壓力傳感器領域，然而單純石墨烯較低的靈敏度卻限制了其在這個領域的應用。

參考文獻：

[1]Kuang J,Dai Z,Liu L,et al.Synergistic effects from graphene andcarbon nanotubes endow ordered hierarchical structure foams with acombination of compressibility,super-elasticity and stability and potentialapplication as pressure sensors.Nanoscale,2015,7(20):9252-9260.

[2]Qin Y,Peng Q,Ding Y,et al.Lightweight,superelastic,andmechanically flexible graphene/polyimide nanocomposite foam for strain sensorapplication.ACS nano,2015,9(9):8933-8941.

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