超疏水MXene压力传感器及其在流量监测中的应用

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通过在海绵孔隙结构上构筑具有低表面能的二级微纳结构,得到具有超疏水性能的海绵被广泛应用于实现油水分离、防污材料等领域。具有表面微纳结构的超疏水表面与传感器相结合的超疏水压阻传感器也被广泛应用,但是现有的制备工艺中大多存在微纳结构在外界应力作用下被破坏、普通海绵回复性差、不耐腐蚀等问题。本论文针对传统压阻传感器的可拉伸性差、灵敏度低、工作环境要求高等问题,制备了具有柔性微纳复合结构的MXene传感器。即通过在海绵骨架上吸附导电二维纳米材料构建微纳复合结构,再进行低表面修饰,最后形成了具有优异电阻响应和超疏水性能的柔性压阻传感器。主要的工作如下:(1)超疏水Ti3C2Tx@RTV@MF海绵的制备。首先采用了氟化锂/盐酸法合成了Ti3C2Tx MXene。通过浸涂法制备的Ti3C2Tx导电海绵,Ti3C2Tx纳米片在使用过程中容易从海绵骨架上脱落,造成传感器的失效。我们通过室温硫化硅橡胶的硫化反应将MXene纳米片固化在海绵骨架上,最终制备出稳定超疏水Ti3C2TxMXene@RTV导电海绵。(2)Ti3C2Tx@RTV@MF海绵压阻传感器疏水性及压阻性能研究。MXene浸涂到海绵上为传感器提供了导电通路的同时,其在海绵表面形成的微纳结构与室温硫化硅橡胶形成了一个稳定的超疏水结构。本论文分别对传感器的超疏水性能及压电性能进行了一系列实验方法的表征,结果表明该传感器具有耐腐蚀、耐变形的稳定超疏水性能以及高灵敏的压阻性能。(3)在油水分离及流量监测等方面的应用。为了研究水和油对三聚氰胺海绵的润湿行为,我们对海绵油水分离的机理进行探索,最后利用该传感器具有超疏水超亲油的特性,应用于油水分离实验。根据液体流量对传感器产生的电阻变化,该传感器还可用于有机物流量的监测。
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