CN109576905B - 一种基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器。该传感器的组成包括柔性基底和导电层；所述的柔性基底是TPU柔性纤维膜，纤维膜的厚度为100μm‑300μm；导电层是包覆于柔性基底表面的MXene导电层，导电层厚度为20‑50nm；薄膜两端连接导线。本发明提高了传感器的应变灵敏度，扩大了传感器的应变感应范围。

Description

一种基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器
技术领域
本发明涉及柔性应变传感器领域，具体涉及一种基于MXene材料的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器，属于柔性材料制备及应用技术领域。
背景技术
近年来，随着柔性电子科学和人工智能技术的发展，柔性应变传感器件逐渐成为了一大研究热点。其中，柔性应变传感器广泛应用于航空航天、军工、交通、运动感应、建筑、医疗健康等领域，其工作原理主要包括:压电式、电容式以及压阻式。目前，传统的拉力传感器的主流方式是在拉伸过程中把传感器的形变转化为电阻值的变化。其中一种方法是在聚合物中填充导电物质，例如金银纳米线、碳粉和金属颗粒等，从而获得导电弹性体。但这些柔性应变传感器普遍存在制备工艺复杂、造价昂贵等问题；另外一种方法是在柔性基底上面嵌入或堆叠导电的结构，例如金属膜、单壁碳纳米管、导电高分子和碳纳米管的复合物等，从而得到具有复合结构的应变传感器。其中通过在柔性基底上面附着一层具有高电导率的金属膜而制备的具有复合结构的传感器灵敏度最高，然而这种传感器的拉伸范围极小，限制了其发展与应用。因此，迫切需要一种灵敏度高，同时探测形变量大的应变传感器。
应变传感器其最主要的性能参数包括灵敏度(即应变系数(GF)，用电阻变化率与应变率的比值来表征)、应变传感范围、检测上下限、循环稳定性和重现性等。其中高灵敏度要求传感器在小的应变下发生显著的结构变化，而宽的工作范围则要求传感器在大应变下仍能保持导电结构的连通性，通常这二者互为矛盾，难以兼得。为了制备得到兼具高灵敏度和宽监测范围的柔性应变传感器，通常有两种方法：一是采用特殊的三维或螺旋网格结构来提高传感器的性能。二是选择具有良好导电性和柔性的敏感材料，在不损坏自身导电性能的前提下利用材料自身的性能来使柔性应变传感器实现良好的力学性能。
MXene，即二维过渡金属碳化物或碳氮化物，是一种新型二维晶体材料，具有和石墨烯类似的结构，其化学式为Mn+1Xn，n＝1、2、3，M为早期过渡金属元素(例如Ti、V、Zn、Cr、Zr、Nb、Ta)，X为碳或/和氮元素，MXene可以通过氢氟酸刻蚀MAX相获得，MAX相是一类化学式为Mn+1AXn的三元层状化合物，其中M、X、n与上述一样，A为主族元素(多为Al，Si)。MXene具有良好的柔性和优异的电学、力学性能，相比于其他二维材料(如石墨烯)具有更好的导电性，使其在应变传感领域表现出极大的应用前景。
发明内容
本发明旨在克服当前柔性应变传感器制备工艺复杂，应变灵敏度与应变感应范围相互制约等问题，提供一种制备高性能柔性应变传感器的方法。该传感器使用MXene来替代传统的金属或碳材料作为导电薄膜。通过将二维层状MXene包覆于具有三维结构的热塑性聚氨酯(TPU)纤维膜表面，得到三维的导电纤维膜。本发明提高了传感器的应变灵敏度，扩大了传感器的应变感应范围。
本发明的具体技术方案为：
一种基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器，该传感器的组成包括柔性基底和导电层；所述的柔性基底是TPU柔性纤维膜，纤维膜的厚度为100μm-300μm；导电层是包覆于柔性基底表面的MXene导电层，导电层厚度为20-50nm；薄膜两端连接导线。
所述的TPU柔性纤维膜，由TPU溶液通过静电纺丝得到的三维纤维网络结构；
所述的MXene导电层是通过溶液滴涂法在所述柔性纺丝纤维上形成的高电导率薄膜；
所述的TPU柔性纤维膜中纤维的平均直径为250nm。
优选地，所述的MXene溶液浓度为1-4mg/mL；
所述的电极为铜线或铜箔，所述的电极通过导电胶与MXene导电薄膜复合。
所述的导电胶采用导电银浆或导电碳浆。
所述的MXene材料的化学式为Mn+1Xn，其中，n＝1、2、3，M为早期过渡金属元素，X为碳和氮元素中的一种或两种；M具体为Ti、Hf、Ta、Zr或V；
所述的MXene材料具体为Ti3C2、Ti2C、Hf3C2、Ta3C2、Ta2C、Zr3C5或V2C。
所述的基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)将TPU弹性体溶于混合溶剂中，得到TPU纺丝液：
所述的混合溶剂的组成为DMF和THF，二者体积比为DMF：THF＝1：1-4，所述的TPU弹性体的质量分数为10-21％；
所述的TPU弹性体优选为1185A和1180A中的一种或两种，其中，1180A的质量分数为18％-1％，1185A的质量分数为1％-10％；
(2)取上步得到的TPU纺丝液，在室温、15kV电压下对TPU溶液进行静电纺丝，接收板为铝箔，纺丝3-6h，得到TPU纤维膜，厚度为100μm-300μm；
(3)制备TPU纤维-MXene导电膜：将TPU纤维膜从铝箔上揭下，剪成所需大小，再将MXene分散液滴涂到TPU纤维膜表面，真空干燥后即可得到导电纤维膜；
所述的MXene分散液的浓度为1-4mg/mL；滴涂量为每平方厘米TPU纤维膜滴涂0.5-0.8mL MXene分散液，分散液的溶剂为水和乙醇的一种或两种；
(4)组装器件：将导电纤维膜的MXene导电层的两端连接导线铜箔，得到柔性应变传感器。
本发明的实质性特点为：
本发明通过采用三维结构的柔性纺丝纤维膜作为基底，表面包覆具有二维片层结构的MXene，得到TPU纤维网络-MXene导电膜作为应变传感器的导电层，来替代表面平整的平面导电层。由于得到的导电膜具有特殊的三维结构，对外界微弱的应力极为敏感，使传感器在灵敏度和应变传感范围等方面都有很大的提高。
本发明的有益效果为：
(1)利用柔性纤维膜作为基底、二维MXene片层作为导电敏感材料，所述的柔性应变传感器能够在外界拉力作用下发生弹性形变。相互堆叠的MXene片层在外界拉力作用下，片层之间瞬间发生相对滑移、分离，导电通路的电阻迅速增大，使传感器具备极高的灵敏度。此外，由于TPU纤维膜具有良好的弹性，其三维网络结构可预存形变；同时MXene片层具有良好的柔性并与基底间具有良好的附着力，使传感器能够在大的拉伸形变下仍保持导电通路，从而提高了传感器的检测范围。此外，该柔性应变传感器具有多功能响应性，能够检测拉伸、压缩、弯曲等不同形变。本发明的柔性应变传感器具有以下优点：极高的灵敏度，GF达到102数量级；极宽的拉伸范围，最大可以检测100％的形变；极低的检测限，最低可检测0.1％的拉伸形变。
(2)该柔性应变传感器由TPU柔性纤维膜作为基底，可以裁剪成任意形状，解决了现有传感器小型化困难的问题。适合应用于小型化和电子集成设备，可检测人体心跳、呼吸等生理信号，可用于制作检测人体健康的穿戴式设备。
(3)该柔性应变传感器制备流程简单，无需进行复杂结构设计，成本低，TPU纤维-MXene导电膜通过简单的滴涂方法即可制备完成，在柔性电子器件领域有很大的发展前景。
附图说明
图1为本发明的柔性应变传感器的结构示意图；
图2为TPU纤维-MXene导电膜表面的微观结构图像；
图3为本发明的MXene基柔性应变传感器的拉伸循环性能曲线；
图4为本发明的柔性应变传感器的相对电阻随拉伸形变变化的曲线；
图5为本发明的柔性应变传感器对压缩形变的响应曲线；
图6为本发明的柔性应变传感器对弯曲形变的响应曲线；
图7为本发明的柔性应变传感器对微弱震动的响应曲线；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明涉及的TPU为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，本实施例具体采用的为德国巴斯夫公司市售的型号为1185A和1180A的两种商用聚合物。
本发明中，所述MXene材料为公知材料，可以由前驱体MAX相刻蚀得到。具体而言本发明中，用于敏感材料的MXene(例如Ti3C2、Ti2C、Hf3C2、Ta3C2、Ta2C、Zr3C5、V2C等)，即二维过渡金属碳化物或碳氮化物，是一种类石墨烯的新型层状二维晶体材料，其化学式为Mn+1Xn(n＝1、2、3，M为早期过渡金属元素，A为主族元素，X为碳或/和氮元素)。与其他二维材料(如石墨烯)复杂的制备工艺相比，MXene制备采用的化学液相刻蚀法操作简便易控，成本较低，且该法制备的MXene表面带有羟基、环氧、氟等官能团，通过共价改性和表面修饰可在液相中稳定分散。通过氢氟酸刻蚀得到的MXene浓度为2-4mg/mL，溶剂为质量分数为50％的乙醇溶液。
如图1所示，根据本发明的一种柔性应变传感器，包括：TPU柔性纤维膜，及其表面包覆的MXene导电薄膜，和导线。
本发明提供所述的柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：
实施例1：
(1)制备MXene分散液：将1.0g的氟化锂(LiF)加入到10mL浓度为9mol/L的盐酸中，搅拌5min待混合均匀后，将1.0g粒径为400目的Ti3AlC2粉末缓慢加入其中，35℃下刻蚀24h。得到的产物用去离子水3500rpm离心洗涤，直至pH大于6，真空抽滤上述离心得到的产物，得到Ti3C2粉末。取0.1g Ti3C2粉末，加入到50.0ml质量分数为50％的乙醇溶液中，在氮气氛围下冰水浴超声2h，得到的溶液即为含有Ti3C2片层2mg/mL的MXene分散液(即Ti3C2分散液)。
(2)制备TPU纺丝溶液：将5.9g巴斯夫1180A聚氨酯弹性体和1.5g巴斯夫1185A聚氨酯弹性体加入到40ml体积比为1：1的DMF/THF混合溶液中，搅拌6h，待TPU完全溶解后，得到均匀的TPU纺丝溶液。溶液中1180A和1185A的质量分数分别为16％和4％。
(3)制备TPU纤维膜：取步骤(2)制备的TPU纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数如下：注射器的纺丝液流速为2mL/h，针头与铝箔的距离为20cm，纺丝电压为15kV，环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，针头型号选用22号，纺丝液流速为2mL/h。滚筒(粘上铝箔)的接收速度为100rpm，纺丝6h后即可得到大面积厚度为200μm的TPU纤维膜，纤维的平均直径为250nm。将纤维膜从铝箔揭下之后，小心的裁剪成30×10mm2的矩形大小备用。
(4)制备MXene导电薄膜：取步骤(1)得到的MXene分散液2ml，滴涂在面积为300mm2的TPU纤维膜表面。真空干燥得到导电纤维膜，MXene导电层厚度为30nm。
(5)组装传感器：取宽度为1cm，厚度为0.02mm的铜片，用导电银胶固定在TPU纤维-MXene导电膜的MXene导电层的两端(如图1所示)，中间留出1.5cm的距离作为传感响应区，即可得到基于MXene的柔性应变传感器。
实施例2：
(1)制备MXene分散液：将1.0g的LiF加入到10mL浓度为9mol/L的盐酸中，搅拌5min待混合均匀后，将1.0g粒径为400目的Ti3AlC2粉末缓慢加入其中，35℃下刻蚀24h。得到的产物用去离子水3500rpm离心洗涤，直至pH大于6，真空抽滤上述离心得到的产物，得到Ti3C2粉末。取0.05g Ti3C2粉末，加入到50.0mL质量分数为50％乙醇溶液中，然后在氮气氛围下冰水浴超声2h，得到的溶液即为含有Ti3C2片层1mg/mL的MXene分散液。
(2)制备TPU纺丝溶液：将3.7g巴斯夫1185A聚氨酯弹性体加入到40ml体积比为1：1的DMF/THF混合溶液中，经转子搅拌6h，待TPU弹性体完全溶解后，得到均匀的TPU纺丝溶液。溶液中1185A的质量分数分别为10％。
(3)制备TPU纤维膜：取步骤(2)制备的TPU纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数如下：注射器的纺丝液流速为2mL/h，针头与铝箔的距离为20cm，纺丝电压为15kV，环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，针头型号选用22号，纺丝液流速为2mL/h。滚筒(粘上铝箔)的接收速度为100rpm/min，纺丝6h后即可得到大面积厚度为200μm的TPU纤维膜，纤维的平均直径为250nm。将纤维膜从铝箔揭下之后，小心的裁剪成30×10mm2的矩形大小备用。
(4)制备MXene导电薄膜：取步骤(1)得到的MXene分散液2mL，滴涂在面积为300mm2的TPU纤维膜表面。真空干燥得到导电纤维膜，MXene导电层厚度为20nm。
(5)组装传感器：取宽度为1cm，厚度为0.02mm的铜片，用导电银胶固定在TPU纤维-MXene导电膜的两端(如图1所示)，中间留出1.5cm的距离作为传感响应区，即可得到基于MXene的柔性应变传感器。
实施例3：
(1)制备MXene分散液：将1.0g的LiF加入到10mL浓度为9mol/L的盐酸中，搅拌5min待混合均匀后，将1.0g粒径为400目的Ti3AlC2粉末缓慢加入其中，35℃下刻蚀24h。得到的产物用去离子水3500rpm离心洗涤，直至pH大于6，真空抽滤上述离心得到的产物，得到Ti3C2粉末。取0.15g Ti3C2粉末，加入到50.0mL质量分数为50％乙醇溶液中，然后在氮气氛围下冰水浴超声2h，得到的溶液即为含有Ti3C2片层3mg/mL的MXene分散液。
(2)制备TPU纺丝溶液：将4.8g巴斯夫1180A聚氨酯弹性体和3.0g巴斯夫1185A聚氨酯弹性体加入到40mL体积比为1：1的DMF/THF混合溶液中，经转子搅拌6h，待TPU弹性体完全溶解后，得到均匀的TPU纺丝溶液。溶液中1180A和1185A的质量分数分别为13％和8％。
(3)制备TPU纤维膜：取步骤(2)制备的TPU纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数如下：注射器的纺丝液流速为2mL/h，针头与铝箔的距离为20cm，纺丝电压为15kV，环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，针头型号选用22号，纺丝液流速为2mL/h。滚筒(粘上铝箔)的接收速度为100rpm，纺丝6h后即可得到大面积厚度为200μm的TPU纤维膜，纤维的平均直径为250nm。将纤维膜从铝箔揭下之后，小心的裁剪成30×10mm2的矩形大小备用。
(4)制备MXene导电薄膜：取步骤(1)得到的MXene分散液2mL，滴涂在面积为300mm2的TPU纤维膜表面。真空干燥得到导电纤维膜，MXene导电层厚度为40nm。
(5)组装传感器：把宽度为1cm，厚度0.02mm的铜片，用导电银胶固定在TPU纤维-MXene导电膜的两端(如图1所示)，中间留出1.5cm的距离作为传感响应区，即可得到基于MXene的柔性应变传感器。
实施例4：
(1)制备MXene分散液：将1.0g的LiF加入到10mL浓度为9mol/L的盐酸中，搅拌5min待混合均匀后，将1.0g粒径为400目的Ti3AlC2粉末缓慢加入其中，35℃下刻蚀24h。得到的产物用去离子水3500rpm离心洗涤，直至pH大于6，真空抽滤上述离心得到的产物，得到Ti3C2粉末。取0.2g Ti3C2粉末，加入到50.0mL质量分数为50％乙醇溶液中，然后在氮气氛围下冰水浴超声2h，得到的溶液即为含有Ti3C2片层4mg/mL的MXene分散液。
(2)制备TPU纺丝溶液：将2.2g巴斯夫1180A聚氨酯弹性体和3.1g巴斯夫1185A聚氨酯弹性体加入到40mL体积比为1：1的DMF/THF混合溶液中，经转子搅拌6h，待TPU弹性体完全溶解后，得到均匀的TPU纺丝溶液。溶液中1180A和1185A的质量分数分别为6％和8.5％。
(3)制备TPU纤维膜：取步骤(2)制备的TPU纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数如下：注射器的纺丝液流速为2mL/h，针头与铝箔的距离为20cm，纺丝电压为15kV，环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，针头型号选用22号，纺丝液流速为2mL/h。滚筒(粘上铝箔)的接收速度为100rpm，纺丝6h后即可得到大面积厚度为200μm的TPU纤维膜，纤维的平均直径为250nm。将纤维膜从铝箔揭下之后，小心的裁剪成30×10mm2的矩形大小备用。
(4)制备MXene导电薄膜：取步骤(1)得到的MXene分散液2mL，滴涂在面积为300mm2的TPU纤维膜表面。真空干燥得到导电纤维膜，MXene导电层厚度为50nm。
(5)组装传感器：把宽度为1cm，厚度0.02mm的铜片，用导电银胶固定在TPU纤维-MXene导电膜的两端(如图1所示)，中间留出1.5cm的距离作为传感响应区，即可得到基于MXene的柔性应变传感器。
实施例5：
(1)制备MXene分散液：将1.0g的LiF加入到10mL浓度为9mol/L的盐酸中，搅拌5min待混合均匀后，将1.0g粒径为400目的Ti3AlC2粉末缓慢加入其中，35℃下刻蚀24h。得到的产物用去离子水3500rpm离心洗涤，直至pH大于6，真空抽滤上述离心得到的产物，得到Ti3C2粉末。取0.1g Ti3C2粉末，加入到50.0mL质量分数为50％乙醇溶液中，然后在氮气氛围下冰水浴超声2h，得到的溶液即为含有Ti3C2片层2mg/mL的MXene分散液。
(2)制备TPU纺丝溶液：将3.1g巴斯夫1180A聚氨酯弹性体和2.2g巴斯夫1185A聚氨酯弹性体加入到40mL体积比为1：1的DMF/THF混合溶液中，经转子搅拌6h，待TPU弹性体完全溶解后，得到均匀的TPU纺丝溶液。溶液中1180A和1185A的质量分数分别为8.5％和6％。
(3)制备TPU纤维膜：取步骤(2)制备的TPU纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数如下：注射器的纺丝液流速为2mL/h，针头与铝箔的距离为20cm，纺丝电压为15kV，环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，针头型号选用22号，纺丝液流速为2mL/h。滚筒(粘上铝箔)的接收速度为100rpm，纺丝3h后即可得到大面积厚度为100μm的TPU纤维膜，纤维的平均直径为250nm。将纤维膜从铝箔揭下之后，小心的裁剪成30×10mm2的矩形大小备用。
(4)制备MXene导电薄膜：取步骤(1)得到的MXene分散液2mL，滴涂在面积为300mm2的TPU纤维膜表面。真空干燥得到导电纤维膜，MXene导电层厚度为30nm。
(5)组装传感器：把宽度为1cm，厚度0.02mm的铜片，用导电银胶固定在TPU纤维-MXene导电膜的两端(如图1所示)，中间留出1.5cm的距离作为传感响应区，即可得到基于MXene的柔性应变传感器。
实施例6：
(1)制备MXene分散液：将1.0g的LiF加入到10mL浓度为9mol/L的盐酸中，搅拌5min待混合均匀后，将1.0g粒径为400目的Ti3AlC2粉末缓慢加入其中，35℃下刻蚀24h。得到的产物用去离子水3500rpm离心洗涤，直至pH大于6，真空抽滤上述离心得到的产物，得到Ti3C2粉末。取0.1g Ti3C2粉末，加入到50.0mL质量分数为50％乙醇溶液中，然后在氮气氛围下冰水浴超声2h，得到的溶液即为含有Ti3C2片层2mg/mL的MXene分散液。
(2)制备TPU纺丝溶液：将6.6g巴斯夫1180A聚氨酯弹性体和1.1g巴斯夫1185A聚氨酯弹性体加入到40mL体积比为1：1的DMF/THF混合溶液中，经转子搅拌6h，待TPU弹性体完全溶解后，得到均匀的TPU纺丝溶液。溶液中1180A和1185A的质量分数分别为18％和3％。
(3)制备TPU纤维膜：取步骤(2)制备的TPU纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数如下：注射器的纺丝液流速为2mL/h，针头与铝箔的距离为20cm，纺丝电压为15kV，环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，针头型号选用22号，纺丝液流速为2mL/h。滚筒(粘上铝箔)的接收速度为100rpm，纺丝9h后即可得到大面积厚度为300μm的TPU纤维膜，纤维的平均直径为250nm。将纤维膜从铝箔揭下之后，小心的裁剪成30×10mm2的矩形大小备用。
(4)制备MXene导电薄膜：取步骤(1)得到的MXene分散液2mL，滴涂在面积为300mm2的TPU纤维膜表面。真空干燥得到导电纤维膜，MXene导电层厚度为30nm。
(5)组装传感器：把宽度为1cm，厚度0.02mm的铜片，用导电银胶固定在TPU纤维-MXene导电膜的两端(如图1所示)，中间留出1.5cm的距离作为传感响应区，即可得到基于MXene的柔性应变传感器。
图1为实施例1中制备的MXene基柔性应变传感器的示意图。由图1可知，该传感器结构简单，无需复杂的工艺即可制成。图2为实施例1中制备的TPU纤维-MXene导电膜表面的微观结构图像。由图2可知，该TPU柔性纤维膜具有三维网络结构，并且MXene片层与TPU纤维结合良好。图3为实例1中MXene基柔性应变传感器的拉伸循环响应曲线。在20％拉伸形变下，传感器表现出良好的循环响应性能。图4为实例1中的传感器相对电阻随拉伸形变变化的曲线，GF最高达到500。同时，传感器具有很宽的检测范围，最低可检测0.1％的形变，最大可以检测100％的形变。图5为实例1中的传感器压缩响应曲线图，在500Pa的压强下，传感器表现出稳定的循环响应性能。图6为实例1中的传感器对弯曲形变的响应曲线。在曲率半径为1cm，传感器表现出稳定的循环响应性能。图7为实例1中的传感器对微弱震动的循环响应曲线。振幅为10μm，频率为1Hz，传感器表现出明显的响应信号。以上电化学数据通过上海辰华电化学工作站CHI-760E测试，采用恒电位模式，电压为1V。各种形变通过动态机械分析仪DMA(Q800,TA Instruments)提供。
综上所述，本发明旨在克服当前柔性应变传感器制备工艺复杂，应变灵敏度与应变感应范围相互制约等问题，利用静电纺丝技术得到了一种具有特殊三维结构的热塑性聚氨酯(TPU)纺丝纤维膜替代传统的硅橡胶(Ecoflex、Dragon skin等)、聚酰亚胺薄膜、PDMS(聚二甲基硅氧烷)等柔性基底，该柔性基底力学性能优良，并且使用MXene来替代传统的金属或碳材料作为导电薄膜。通过将二维层状MXene包覆于具有三维结构TPU纤维膜表面，得到三维的导电纤维膜，本发明显著提高了传感器的应变灵敏度，扩大了传感器的应变感应范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (1)

1.一种基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器，其特征为该传感器的组成包括柔性基底和导电层；所述的柔性基底是TPU柔性纤维膜，纤维膜的厚度为100 μm-300 μm；导电层是包覆于柔性基底表面的MXene导电层，导电层厚度为20-50 nm；
所述的MXene材料为Ti3C2、Ti2C、Hf3C2、Ta3C2、Ta2C、Zr3C5或V2C；
所述的TPU柔性纤维膜中纤维的平均直径为250 nm；
所述的TPU柔性纤维膜，由TPU溶液通过静电纺丝得到的三维纤维网络结构；
所述的MXene导电层是通过溶液滴涂法在柔性纺丝纤维上形成的高电导率MXene薄膜；
所述的基于MXene的柔性聚氨酯纤维膜应变传感器的制备方法，包括如下步骤：
（1）将 TPU弹性体溶于混合溶剂中，得到TPU纺丝液：
所述的混合溶剂的组成为DMF和THF，二者体积比为DMF：THF=1 ：1~4，所述的TPU弹性体的质量分数为10~21%；
（2）取上步得到的TPU纺丝液，在室温、15 kV电压下对TPU溶液进行静电纺丝，接收板为铝箔，纺丝3-6 h，得到TPU纤维膜，厚度为100 μm-300 μm；
（3）制备TPU纤维-MXene导电膜：将TPU纤维膜从铝箔上揭下，剪成所需大小，再将MXene分散液滴涂到TPU纤维膜表面，真空干燥后即可得到导电纤维膜；
所述的MXene分散液的浓度为1-4 mg/mL；滴涂量为每平方厘米TPU纤维膜滴涂0.5-0.8mL MXene分散液，分散液的溶剂为乙醇；
（4）组装器件：将导电纤维膜的MXene导电层的两端连接导线铜箔，得到柔性应变传感器；
所述的TPU弹性体为1185A和1180A的混合物；
所述的MXene分散液浓度为1-4 mg/mL；
电极为铜线或铜箔，电极通过导电胶与MXene导电薄膜复合；
所述的导电胶采用导电银浆或导电碳浆。
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