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  可穿戴傳感器正在成為新開發的智能設備的重要組成部分，在健康監測、運動檢測和人機交互方面具有重要的應用前景。最近，香港城市大學呂堅教授團隊開發出一種簡便、經濟的策略，即犧牲式 3D 打印，用于制造具有可控耐磨性和晶格幾何參數（如孔隙率、單胞尺寸和結構）的高可壓縮性多孔壓力傳感器。首先，使用市場上常見的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）長絲，利用價格在 1500 元或以下的商用熔融沉積成型（FDM）3D 打印機制造ABS犧牲模具。然后，將低粘性聚合物（即 PDMS）澆注到所需的 3D 打印模具中，隨聚合物固化后使用丙酮溶劑溶解模具，最終得到具有表面褶皺結構的三周期極小曲面超材料。鑒于 MXene 具有優異的導電性和可定制的表面官能團，他們采用偶聯劑對MXene進行了硅烷化處理，使得帶負電和帶正電的MXene納米片具有自組裝能力，從而增強了Mxene作為導電層的均勻性和附著力。最后，采用逐層浸涂的方法在聚合物晶格表面覆蓋MXene導電層。因此，可以獲得具有成本效益且易于使用的傳感器。

  一般來說，為了制造基于 MXene 的壓阻多孔壓力傳感器，許多研究都側重于將 MXene 組裝到二維宏觀基底（如織物和紙張）或三維結構（如氣凝膠和海綿）中。然而，使用傳統方法對多孔結構進行高水平控制具有挑戰性，而且成本高昂。采用犧牲式三維打印進行逐層組裝可以克服這些限制，開發出低成本、高性能和高度可控的壓力傳感器。

  要獲得性能理想的多孔傳感器，關鍵在于提高涂層的堅固性。提出自組裝 MXene 涂層的新穎之處在于 MXene 納米片與底層 PDMS 支架之間可以實現全面結合。他們發現，MXene 和 S-MXene 納米片材能與等離子體處理過的 PDMS 支架產生強大的氫鍵和靜電作用，從而全面覆蓋 Gyroid 表面。此外，這兩種納米片還能通過極性相互作用和氫鍵相互吸引，形成自組裝涂層。這就是自組裝 MXene 傳感器（SPS 傳感器）比 MXene 傳感器（MPS）性能更高的主要原因。

圖 6 4×4 壓力傳感器陣列的制作過程和應用（來源： Chemical Engineering Journal)

  近日，相關論文以《犧牲式 3D 打印來制造具有可調性能的基于 MXene 的可穿戴傳感器》“ Sacrificial 3D printing to fabricate MXene-based wearable sensors with tunable performance”. 發表在Chemical Engineering Journal 上。香港城市大學博士生Amr Osman和香港城市大學博士后研究員Hui Liu為本論文的共同第一作者，Lu Jian教授為通訊作者。

  下一步，研究小組將利用三維打印技術，開發穩定性和性能更高的其他多孔傳感器。三維打印技術的全部潛力在于它可以提供高度定制化和性能調整。采用廉價方法是開發適用和可擴展壓力傳感器的關鍵。此類傳感器可應用于多種領域，特別是為老年人和病人提供持續的健康監測，以及人機交互，如機器人控制和虛擬現實（VR）。

  原文鏈接:A. Osman, H. Liu, J. Lu, Sacrificial 3D printing to fabricate MXene-based wearable sensors with tunable performance, Chem. Eng. J. 484 (2024) 149461. 

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149461