可穿戴传感器正在成为新开发的智能设备的重要组成部分，在健康监测、运动检测和人机交互方面具有重要的应用前景。最近，香港城市大学吕坚教授团队开发出一种简便、经济的策略，即牺牲式 3D 打印，用于制造具有可控耐磨性和晶格几何参数（如孔隙率、单胞尺寸和结构）的高可压缩性多孔压力传感器。首先，使用市场上常见的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）长丝，利用价格在 1500 元或以下的商用熔融沉积成型（FDM）3D 打印机制造ABS牺牲模具。然后，将低粘性聚合物（即 PDMS）浇注到所需的 3D 打印模具中，随聚合物固化后使用丙酮溶剂溶解模具，最终得到具有表面褶皱结构的三周期极小曲面超材料。鉴于 MXene 具有优异的导电性和可定制的表面官能团，他们采用偶联剂对MXene进行了硅烷化处理，使得带负电和带正电的MXene纳米片具有自组装能力，从而增强了Mxene作为导电层的均匀性和附着力。最后，采用逐层浸涂的方法在聚合物晶格表面覆盖MXene导电层。因此，可以获得具有成本效益且易于使用的传感器。

  一般来说，为了制造基于 MXene 的压阻多孔压力传感器，许多研究都侧重于将 MXene 组装到二维宏观基底（如织物和纸张）或三维结构（如气凝胶和海绵）中。然而，使用传统方法对多孔结构进行高水平控制具有挑战性，而且成本高昂。采用牺牲式三维打印进行逐层组装可以克服这些限制，开发出低成本、高性能和高度可控的压力传感器。

  要获得性能理想的多孔传感器，关键在于提高涂层的坚固性。提出自组装 MXene 涂层的新颖之处在于 MXene 纳米片与底层 PDMS 支架之间可以实现全面结合。他们发现，MXene 和 S-MXene 纳米片材能与等离子体处理过的 PDMS 支架产生强大的氢键和静电作用，从而全面覆盖 Gyroid 表面。此外，这两种纳米片还能通过极性相互作用和氢键相互吸引，形成自组装涂层。这就是自组装 MXene 传感器（SPS 传感器）比 MXene 传感器（MPS）性能更高的主要原因。

图 6 4×4 压力传感器阵列的制作过程和应用（来源： Chemical Engineering Journal)

  近日，相关论文以《牺牲式 3D 打印来制造具有可调性能的基于 MXene 的可穿戴传感器》“ Sacrificial 3D printing to fabricate MXene-based wearable sensors with tunable performance”. 发表在Chemical Engineering Journal 上。香港城市大学博士生Amr Osman和香港城市大学博士后研究员Hui Liu为本论文的共同第一作者，Lu Jian教授为通讯作者。

  下一步，研究小组将利用三维打印技术，开发稳定性和性能更高的其他多孔传感器。三维打印技术的全部潜力在于它可以提供高度定制化和性能调整。采用廉价方法是开发适用和可扩展压力传感器的关键。此类传感器可应用于多种领域，特别是为老年人和病人提供持续的健康监测，以及人机交互，如机器人控制和虚拟现实（VR）。

  原文链接: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