CN115267922A - MXene界面耦合增强式人机界面传感器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器及制备方法。该传感器为单电极结构，由底电极和其上的纳米复合薄膜构成。其中，纳米复合薄膜是压电聚合物和二维材料MXene的复合物，在复合物固化过程中利用MXene表面和压电聚合物分子链官能团之间的氢键作用，诱导压电聚合物形成极性β相，进而同时提升复合薄膜的介电常数ε33与压电系数d33。介电常数ε33的增加将提升隔空感应时的接近觉探测灵敏度，压电系数d33的增加将提升按压时的压力探测灵敏度。本发明简单易行，充分利用了界面处动态和准静态运动能量，增加了探测维度。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域、微纳能源领域，涉及成膜技术，具体涉及一种动静全程敏感式人机界面传感器及制备方法。
背景技术
触摸是目前应用最为广泛、最符合直觉的人机交互方式之一。触摸传感器不仅可以用于门锁、触控开关等无屏幕的设备，还能集成在手机、数位板等具有图形界面的电子产品上。目前的触摸传感器大都依赖外电源，需要额外设计供电电路，不仅使器件结构臃肿，而且增加设计成本。
压电-摩擦电纳米发电机的发明，推动了环境机械能的有效收集。由于其具有轻便、灵活、选材范围广等特点，可收集来自人体、自然环境中低频且不规律的机械能，为小型电子器件提供能量，使其在触屏技术、电子皮肤、医疗保健、基础设施监控、环境监测等方面都具有潜在应用价值。
运用压电-摩擦电复合薄膜设计的触摸传感器，可以利用触摸行为本身的能量实现自供能，无需外接电源。对于压电效应，表面电荷密度与压电系数成正比；对于摩擦电效应，功率密度与表面摩擦电荷密度呈二次方关系。为此人们通过材料选择和结构优化等方式提高电荷密度，从而拓展压电-摩擦电纳米发电机的应用领域。
PVDF是一种半结晶聚合物，由CH2＝CF2单体聚合而成，在不同的晶格类型和链构象中具有五个结晶相(α，β，γ，δ和ε)。对于β相的PVDF，由于-CF2排列在分子链的同一侧-CH2排列在另一侧，因此具有最大的极性，也具备最大的压电性，其压电系数d33约为29pC/N。然而，市面上的PVDF多为α相，其-CF2与-CH2交替排列在分子链两侧，因此不具备压电性能。为了在PVDF中获得更高比例的β相，人们研究出了多种策略，如原位极化、热拉伸和高电场。然而这些工艺无疑会提高能耗和成本。
MXenes是一类具有类石墨烯结构的过渡金属碳化物二维纳米材料。通常，MXenes的化学式为Mn+1XnTx(n＝1-4)，其中M代表前过渡金属(Ti、V、Nb等)，X代表碳或氮，Tx表示不同的表面终端基团(-OH、＝O、-F等)。MXene纳米片表面有羟基或末端氧，因此具有过渡金属碳化物的金属导电性，在增强电化学性能方面的显着优势在于其较大的比表面积和良好的机械强度，在充电/放电过程中促进电子和离子的传输而不会损坏结构。
利用MXene诱导增强聚合物薄膜的压电系数(d33)与介电常数(ε33)可以进一步提高压电-摩擦电纳米发电机的输出性能。这个过程是自发的，不需要额外的能量和繁琐的工艺。从微观层面调控聚合物材料结构的方法操作简单、成本低廉、实用性高，改善了压电-摩擦纳米发电机的应用前景，扩大了应用范围，为压电-摩擦电纳米发电机的优化提供了一个新的研究方向。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器及制备方法。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，传感器包括底部透明电极1，该电极通过导线直接接地，底部透明电极1的上表面设有纳米复合薄膜2，底部透明电极1与纳米复合薄膜2整体用透明柔性绝缘封装材料3封装；透明柔性绝缘封装材料3为折射率与复合薄膜2相近的材料，两者的相对折射率相差±0.1以内；
底部透明电极1表面的纳米复合薄膜2是压电聚合物和二维材料MXene的复合物，将MXene与压电聚合物溶解在有机溶剂中制备纺丝前驱液，然后通过静电纺丝工艺得到复合薄膜；在复合物固化过程中利用MXene和压电聚合物分子链中官能团之间的氢键作用，诱导压电聚合物形成极性β相，进而提升复合薄膜2的压电系数d33；同时，引入MXene提升复合薄膜2的介电常数ε33，介电常数ε33的增加将提升隔空感应时的接近觉探测灵敏度，压电系数d33的增加将提升按压时的压力探测灵敏度；
器件工作时，手指作为上电极，人体与底电极通过大地连通，构成回路，纳米复合薄膜带正电或者负电，手指与底电极感生出与薄膜电性相反的电荷，在手指靠近和远离聚合物薄膜的过程中，感生的自由电荷通过大地在人体和底电极之间来回流动；手指在未接触器件时，进行摩擦电式接近觉探测，此为隔空感应；手指接触器件后，挤压薄膜发生形变的过程中，进行压电式按压探测，此为接触感应。
作为优选方式，MXene材料为Ti3C2、Ti2C、Nb2C、Nb4C3、V2C、V4C3其中一种MXene材料。
作为优选方式，制备纺丝前驱液的有机溶剂选自：N,N二甲基甲酰胺DMF、N,N二甲基乙酰胺DMAc、二甲基亚砜DMSO、四氢呋喃THF、N-甲基吡咯烷酮NMP其中任意一种或者其与丙酮的混合物。
作为优选方式，二维材料MXene通过如下步骤制备：
(1.1)取6-10mol/L稀盐酸溶液，加入2-7wt％LiF搅拌5-15min得到HF溶液；
(1.2)加入2-6wt％Ti3AlC2并在30-40℃水浴条件下搅拌20-30h，得到混合溶液；
(1.3)将混合溶液以3000-5000rpm、2-5min/次进行离心分离并重复5-6次；
(1.4)使用过滤孔小于0.45μm滤纸抽滤，并在35-45℃真空条件下干燥12-24h后得到二维材料MXene。
作为优选方式，纺丝前驱液的制备包括如下步骤：
(1.5)将MXene粉末溶解在体积比2:3的丙酮与N,N-二甲基甲酰胺的混合液中，超声处理10-30min，保证纳米颗粒的分散性；
(1.6)加入聚偏氟乙烯PVDF颗粒，占溶液质量分数5-20wt％，在40-60℃水浴条件下磁力搅拌1-3h，使其完全溶解，再超声10-30min以获得均匀稳定的混合溶液；MXene和PVDF的质量比为1:39，即MXene占2.5wt％，得到纺丝前驱液。
作为优选方式，将纺丝前驱液通过静电纺丝工艺得到复合薄膜包括如下步骤：
(1.7)用内径1.5mm，外径1.9mm的聚四氟乙烯管将10mL注射器与内径0.5mm的平头针头连接形成输液通道；
(1.8)注射器固定在推进泵上，平头针头与高压电源正极的鳄鱼夹相连接，调整针头的高度使之与收集板间的距离为15cm，并将铝箔平整地放置在收集板上用以接丝；
(1.9)将纺丝前驱液注入注射器中并排出其内空气，设定推进泵的推液速度1-10μL/min，施加15-20kV的静电压，在40-80℃之间的恒定温度下，静电纺丝2h；
(1.10)将收集到的纳米纤维薄膜置于烘箱内在40-60℃干燥，得到复合薄膜。
作为优选方式，复合薄膜压电极性方向与其摩擦电极性方向一致，使输出信号在外电路中正向叠加，实现对接触与挤压两个维度的信号探测。
作为优选方式，压电聚合物选自聚偏二氟乙烯PVDF、聚三氟乙烯PTrFE、聚偏二氟乙烯-共三氟乙烯P(VDF-TrFE)、聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯P(VDF-HFP)其中一种。
作为优选方式，底部透明电极1选自氧化铟锡ITO、纳米银线；
并且透明柔性绝缘封装材料3为柔性环氧树脂、或聚二甲基硅氧烷PDMS。
本发明还提供一种所述的MXene界面耦合增强式人机界面传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)裁剪面积2cm×2cm的透明氧化铟锡ITO薄膜电极作为底电极；
(2)从带有ITO的一面引出导线，用以接地；
(3)取纳米复合薄膜2置于底部透明电极1上；
(4)将整体置于硅胶模具中，并灌入透明柔性绝缘封装材料3，在20-70℃下，静置2-10小时等待透明柔性绝缘封装材料3固化，导线从透明柔性绝缘封装材料3中引出。
封装时纳米复合薄膜粗糙的表面被透明柔性绝缘封装材料填平，又因为透明柔性绝缘封装材料与复合薄膜折射率相近，这使不透明的纳米复合薄膜重新变得透明，拓展了器件的应用场景。
本发明提供的纳米复合薄膜在按压、旋转、滑动、隔空式、单电极、双电极纳米发电机中均具有提升输出性能的功能。
本发明的工作原理如下：
MXene表面官能团(-OH、＝O)与PVDF的氟基(-F)之间会产生氢键作用，在PVDF固化过程中利用MXene诱导PVDF形成极性β相，进而提升复合薄膜的压电系数d33。同时，适量引入MXene会提升复合材料的介电常数ε33。介电常数ε33的增加将提升隔空感应时的接近觉探测灵敏度，压电系数d33的增加将提升按压时的压力探测灵敏度。
同时，MXene具有较PVDF更高的导电率，在静电纺丝的过程中，外电场能通过MXene传导入薄膜内部，提高极化效率。通过在聚合物薄膜中引入MXene，可以有效增强薄膜的压电系数和介电常数，提高纳米复合薄膜的压电和摩擦电输出性能。从图3可以看出，引入适量的MXene可以增强压电系数(d33)和有效介电常数(ε33)。而继续增加用量会导致MXene纳米片堆叠并抑制聚合物链的取向和排列。同时，这些堆叠的MXene薄片会使得薄膜上下表面导通产生漏电流，从而降低复合材料的有效介电常数(ε33)和压电系数(d33)。
此外，封装时PVDF纺丝膜粗糙的表面被PDMS填平，又因为PDMS与PVDF折射率相近，这使不透明的PVDF纺丝膜重新变得透明，拓展了器件的应用场景，例如覆盖在触摸屏以及键盘上。
对于压电效应，表面电荷密度与压电系数成正比，如公式(1)所示：
Q＝d33×F (1)
其中，Q为薄膜表面的感应电荷量；d33为压电薄膜的压电系数；F为垂直于薄膜表面的作用力。从公式(1)可以看出，其他条件一定，当压电系数d33升高时，压电输出电荷量增加。从图5可以看出，掺杂适量MXene后，在相同的条件下，复合薄膜压电电势和压电电场都得到了提升。
对于摩擦电输出，聚合物薄膜间的输出电压如公式(2)所示：
其中，Q是感应电位驱动的两个电极之间转移的电荷量，S是有效面积，ε0是真空介电常数，σ是聚合物薄膜表面电荷密度。x是极板分离距离，它是时间t的函数。
d0是有效介电厚度，定义为两个金属电极之间的所有介电厚度di除以其相对有效厚度εri的总和，如下所示：
从公式(3)可以看出，其他条件一定，掺杂适量MXene后，复合薄膜的介电常数εr升高时，其摩擦电输出电压V得到增强。
综上所述，在适量引入MXene后，复合薄膜的压电(d33)与摩擦电(ε33)输出性能都将得到极大的提高(图4)。
本发明的有益效果为：本发明给出了一种同时提升压电-摩擦电复合型敏感薄膜灵敏度的方法，该方法操作简单，实用性高，成本低廉，可加工性强，可靠性高，为压电-摩擦纳米发电机的优化提供了一个新的发展方向。在以往的摩擦纳米发电机的优化工作相比，本发明从微观层面改善了压电-摩擦层材料微观结构，通过加入二维材料MXene，提高了聚合物薄膜的压电系数与介电常数，使压电-摩擦纳米发电机的输出性能得到进一步提升。本发明给出的微观设计方法操作简单、成本低廉、实用性高、可加工性强、可靠性高，改善了压电-摩擦纳米发电机的应用前景，扩大了应用范围，为压电-摩擦电纳米发电机的优化提供了一个新的研究思路。封装时纳米复合薄膜粗糙的表面被透明柔性绝缘封装材料填平，又因为透明柔性绝缘封装材料与复合薄膜折射率相近，这使不透明的纳米复合薄膜重新变得透明，拓展了器件的应用场景。
附图说明
图1为本发明组装的动静全程敏感式人机界面传感器的示意图；
图2为本发明组装出的传感器两种工作模式的示意图；摩擦电式接近觉感应(上半)；压电式按压感应(下半)。
图3为本发明复合薄膜中PVDF在MXene诱导下形成β相：(a)PVDF在氢键作用下形成β相示意图、(b-c)分子动力学模拟PVDF极化强度的变化：(b)掺杂MXene前、(c)掺杂MXene后，(d)FTIR表征发现2.5wt％的MXene能获得最多的β相PVDF；
图4为掺杂不同浓度的MXene改性前后薄膜输出能力的对比；(a)电压、(b)电流。
图5为本发明的复合薄膜内部微观结构示意图，以及在1N压力下不同聚合程度材料的应力应变、压电电场、压电电势的可视化；
图6为用制备的器件构成列阵并放置在鞋垫中探测步态的效果展示。从中可以看出器件能分辨不同大小的力，在这项应用中做到了识别人的不同步态。
图1中，1为底部透明电极；2为纳米复合薄膜；3为透明柔性绝缘封装材料。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
本实施例提供一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，传感器包括底部透明电极1，该电极通过导线直接接地，底部透明电极1的上表面设有纳米复合薄膜2，底部透明电极1与纳米复合薄膜2整体用透明柔性绝缘封装材料3封装；透明柔性绝缘封装材料3为折射率与复合薄膜2相近的材料，两者的相对折射率相差±0.1以内；
底部透明电极1表面的纳米复合薄膜2是压电聚合物和二维材料MXene的复合物，将MXene与压电聚合物溶解在有机溶剂中制备纺丝前驱液，然后通过静电纺丝工艺得到复合薄膜；在复合物固化过程中利用MXene和压电聚合物分子链中官能团之间的氢键作用，诱导压电聚合物形成极性β相，进而提升复合薄膜2的压电系数d33；同时，引入MXene提升复合薄膜2的介电常数ε33，介电常数ε33的增加将提升隔空感应时的接近觉探测灵敏度，压电系数d33的增加将提升按压时的压力探测灵敏度；
器件工作时，手指作为上电极，人体与底电极通过大地连通，构成回路，纳米复合薄膜带正电或者负电，手指与底电极感生出与薄膜电性相反的电荷，在手指靠近和远离聚合物薄膜的过程中，感生的自由电荷通过大地在人体和底电极之间来回流动；手指在未接触器件时，进行摩擦电式接近觉探测，此为隔空感应；手指接触器件后，挤压薄膜发生形变的过程中，进行压电式按压探测，此为接触感应。
MXene材料为Ti3C2、Ti2C、Nb2C、Nb4C3、V2C、V4C3其中一种MXene材料。
制备纺丝前驱液的有机溶剂选自：N,N二甲基甲酰胺DMF、N,N二甲基乙酰胺DMAc、二甲基亚砜DMSO、四氢呋喃THF、N-甲基吡咯烷酮NMP其中任意一种或者其与丙酮的混合物。
复合薄膜压电极性方向与其摩擦电极性方向一致，使输出信号在外电路中正向叠加，实现对接触与挤压两个维度的信号探测。
压电聚合物选自聚偏二氟乙烯PVDF、聚三氟乙烯PTrFE、聚偏二氟乙烯-共三氟乙烯P(VDF-TrFE)、聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯P(VDF-HFP)其中一种。
底部透明电极1选自氧化铟锡ITO、纳米银线；
并且透明柔性绝缘封装材料3为柔性环氧树脂、或聚二甲基硅氧烷PDMS。
MXene具有较压电聚合物更高的导电率，在静电纺丝的过程中，外电场能通过MXene传导入薄膜内部，提高极化效率。通过在聚合物薄膜中引入MXene，可以有效增强薄膜的压电系数和介电常数，提高纳米复合薄膜的压电和摩擦电输出性能。此外，封装时压电聚合物纺丝膜粗糙的表面被透明柔性绝缘封装材料填平，又因为透明柔性绝缘封装材料与压电聚合物折射率相近，这使不透明的纳米复合薄膜纺丝膜重新变得透明，拓展了器件的应用场景。
实施例2
本实施例提供一种MXene/PVDF复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
二维材料MXene通过如下步骤制备：
(1.1)取6-10mol/L稀盐酸溶液，加入2-7wt％LiF搅拌5-15min得到HF溶液；
(1.2)加入2-6wt％Ti3AlC2并在30-40℃水浴条件下搅拌20-30h，得到混合溶液；
(1.3)将混合溶液以3000-5000rpm、2-5min/次进行离心分离并重复5-6次；
(1.4)使用过滤孔小于0.45μm滤纸抽滤，并在35-45℃真空条件下干燥12-24h后得到二维材料MXene。
纺丝前驱液的制备包括如下步骤：
(1.5)将MXene粉末溶解在体积比2:3的丙酮与N,N-二甲基甲酰胺的混合液中，超声处理10-30min，保证纳米颗粒的分散性；
(1.6)加入聚偏氟乙烯PVDF颗粒，占溶液质量分数5-20wt％，在40-60℃水浴条件下磁力搅拌1-3h，使其完全溶解，再超声10-30min以获得均匀稳定的混合溶液；MXene和PVDF的质量比为1:39，即MXene占2.5wt％，得到纺丝前驱液。
将纺丝前驱液通过静电纺丝工艺得到复合薄膜包括如下步骤：
(1.7)用内径1.5mm，外径1.9mm的聚四氟乙烯管将10mL注射器与内径0.5mm的平头针头连接形成输液通道；
(1.8)注射器固定在推进泵上，平头针头与高压电源正极的鳄鱼夹相连接，调整针头的高度使之与收集板间的距离为15cm，并将铝箔平整地放置在收集板上用以接丝；
(1.9)将纺丝前驱液注入注射器中并排出其内空气，设定推进泵的推液速度1-10μL/min，施加15-20kV的静电压，在40-80℃之间的恒定温度下，静电纺丝2h；
(1.10)将收集到的纳米纤维薄膜置于烘箱内在40-60℃干燥，得到复合薄膜。
实施例3
本实施例提供一种MXene/PVDF复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1.1)取9mol/L稀盐酸溶液，加入5wt％LiF搅拌10min得到HF溶液。
(1.2)加入3wt％Ti3AlC2并在35℃水浴条件下搅拌24h，得到混合溶液。
(1.3)将混合溶液以5000rpm，3min/次进行离心分离并重复5次。
(1.4)使用过滤孔小于0.45μm滤纸抽滤，并在45℃真空条件下干燥24h后得到MXene成品。
具体的，纺丝前驱液的制备，包括如下步骤：
(1.5)将MXene粉末溶解在丙酮与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合液中(体积比2:3)，超声处理30min，保证纳米颗粒的分散性；
(1.6)加入聚偏氟乙烯(PVDF)颗粒，占溶液质量分数5-20wt％，在40-60℃水浴条件下磁力搅拌1-3h，使其完全溶解，再超声30min以获得均匀稳定的混合溶液。MXene和PVDF的质量比为1:39，即MXene占2.5wt％。
纺丝薄膜的制备，包括如下步骤：
(1.7)用内径1.5mm，外径1.9mm的聚四氟乙烯管将10mL BD plastic注射器与内径0.5mm的平头针头连接形成输液通道。
(1.8)注射器固定在推进泵上，平头针头与高压电源正极的鳄鱼夹相连接，调整针头的高度使之与收集板间的距离为15cm，并将铝箔平整地放置在收集板上用以接丝。
(1.9)将上述所得溶液注入注射器中并排出其内空气，设定推进泵的推液速度1-10μL/min，施加15-20kV的静电压，在40-80℃之间的恒定温度下，静电纺丝2h。
(1.10)将收集到的纳米纤维薄膜置于烘箱内(40-60℃)干燥，得到MXene/PVDF薄膜。
实施例4
本实施例提供一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器的制备方法，包括如下步骤：
使用所述纳米复合薄膜组装成动静全程敏感式人机界面传感器。
(1)裁剪面积2cm×2cm的透明氧化铟锡ITO薄膜电极作为底电极；
(2)从带有ITO的一面引出导线，用以接地；
(3)取MXene界面耦合增强的纳米复合薄膜2置于底电极上；
(4)将整体置于硅胶模具中，并灌入透明柔性环氧树脂，在20-70℃下，静置2-10小时等待环氧树脂固化(温度越高，需要时间越短)，导线不封装到树脂内部。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵。
Claims (10)
1.一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：传感器包括底部透明电极(1)，该电极通过导线直接接地，底部透明电极(1)的上表面设有纳米复合薄膜(2)，底部透明电极(1)与纳米复合薄膜(2)整体用透明柔性绝缘封装材料(3)封装；透明柔性绝缘封装材料(3)为折射率与复合薄膜(2)相近的材料，两者的相对折射率相差±0.1以内；
底部透明电极(1)表面的纳米复合薄膜(2)是压电聚合物和二维材料MXene的复合物，将MXene与压电聚合物溶解在有机溶剂中制备纺丝前驱液，然后通过静电纺丝工艺得到复合薄膜；在复合物固化过程中利用MXene和压电聚合物分子链中官能团之间的氢键作用，诱导压电聚合物形成极性β相，进而提升复合薄膜(2)的压电系数d33；同时，引入MXene提升复合薄膜(2)的介电常数ε33，介电常数ε33的增加将提升隔空感应时的接近觉探测灵敏度，压电系数d33的增加将提升按压时的压力探测灵敏度；
器件工作时，手指作为上电极，人体与底电极通过大地连通，构成回路，纳米复合薄膜带正电或者负电，手指与底电极感生出与薄膜电性相反的电荷，在手指靠近和远离聚合物薄膜的过程中，感生的自由电荷通过大地在人体和底电极之间来回流动；手指在未接触器件时，进行摩擦电式接近觉探测，此为隔空感应；手指接触器件后，挤压薄膜发生形变的过程中，进行压电式按压探测，此为接触感应。
2.根据权利要求1所述的一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：MXene材料为Ti3C2、Ti2C、Nb2C、Nb4C3、V2C、V4C3其中一种MXene材料。
3.根据权利要求1所述的一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：制备纺丝前驱液的有机溶剂选自：N,N二甲基甲酰胺DMF、N,N二甲基乙酰胺DMAc、二甲基亚砜DMSO、四氢呋喃THF、N-甲基吡咯烷酮NMP其中任意一种或者其与丙酮的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：二维材料MXene通过如下步骤制备：
(1.1)取6-10mol/L稀盐酸溶液，加入2-7wt％LiF搅拌5-15min得到HF溶液；
(1.2)加入2-6wt％Ti3AlC2并在30-40℃水浴条件下搅拌20-30h，得到混合溶液；
(1.3)将混合溶液以3000-5000rpm、2-5min/次进行离心分离并重复5-6次；
(1.4)使用过滤孔小于0.45μm滤纸抽滤，并在35-45℃真空条件下干燥12-24h后得到二维材料MXene。
5.根据权利要求1所述的一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：纺丝前驱液的制备包括如下步骤：
(1.5)将MXene粉末溶解在体积比2:3的丙酮与N,N-二甲基甲酰胺的混合液中，超声处理10-30min，保证纳米颗粒的分散性；
(1.6)加入聚偏氟乙烯PVDF颗粒，占溶液质量分数5-20wt％，在40-60℃水浴条件下磁力搅拌1-3h，使其完全溶解，再超声10-30min以获得均匀稳定的混合溶液；MXene和PVDF的质量比为1:39，即MXene占2.5wt％，得到纺丝前驱液。
6.根据权利要求1所述的一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：将纺丝前驱液通过静电纺丝工艺得到复合薄膜包括如下步骤：
(1.7)用内径1.5mm，外径1.9mm的聚四氟乙烯管将10mL注射器与内径0.5mm的平头针头连接形成输液通道；
(1.8)注射器固定在推进泵上，平头针头与高压电源正极的鳄鱼夹相连接，调整针头的高度使之与收集板间的距离为15cm，并将铝箔平整地放置在收集板上用以接丝；
(1.9)将纺丝前驱液注入注射器中并排出其内空气，设定推进泵的推液速度1-10μL/min，施加15-20kV的静电压，在40-80℃之间的恒定温度下，静电纺丝2h；
(1.10)将收集到的纳米纤维薄膜置于烘箱内在40-60℃干燥，得到复合薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：复合薄膜压电极性方向与其摩擦电极性方向一致，使输出信号在外电路中正向叠加，实现对接触与挤压两个维度的信号探测。
8.根据权利要求1所述的一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：压电聚合物选自聚偏二氟乙烯PVDF、聚三氟乙烯PTrFE、聚偏二氟乙烯-共三氟乙烯P(VDF-TrFE)、聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯P(VDF-HFP)其中一种。
9.根据权利要求1所述的一种MXene界面耦合增强式人机界面传感器，其特征在于：底部透明电极(1)选自氧化铟锡ITO、纳米银线；
并且透明柔性绝缘封装材料(3)为柔性环氧树脂、或聚二甲基硅氧烷PDMS。
10.权利要求1至9任意一项所述的MXene界面耦合增强式人机界面传感器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)裁剪面积2cm×2cm的透明氧化铟锡ITO薄膜电极作为底电极；
(2)从带有ITO的一面引出导线，用以接地；
(3)取纳米复合薄膜(2)置于底部透明电极(1)上；
(4)将整体置于硅胶模具中，并灌入透明柔性绝缘封装材料(3)，在20-70℃下，静置2-10小时等待透明柔性绝缘封装材料(3)固化，导线从透明柔性绝缘封装材料(3)中引出。
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