可衣着传感器正在成为新开拓的港城智能配置装备部署的紧张组成部份，在瘦弱监测、大吕队提低老度功调行动检测以及人机交互方面具备紧张的坚院运用远景。最近，士团香港都市大学吕坚教授团队开拓出一种啰嗦、出新策略传感经济的制备策略，即舍身式 3D 打印，本高用于制作具备可控耐磨性以及晶格多少多参数（如孔隙率、锐敏单胞尺寸以及妄想）的器质高可缩短性多孔压力传感器。首先，料牛运用市场上罕有的港城丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）长丝，运用价钱在 1500 元或者如下的大吕队提低老度功调商用熔融聚积成型（FDM）3D 打印机制作ABS舍身模具。而后，坚院将低粘性聚合物（即 PDMS）浇注到所需的士团 3D 打印模具中，随聚合物固化后运用丙酮溶剂消融模具，出新策略传感最终患上到具备概况褶皱妄想的三周期极小曲面超质料。鉴于 MXene 具备优异的导电性以及可定制的概况官能团，咱们接管偶联剂对于MXene妨碍了硅烷化处置，使患上带负电以及带正电的MXene纳米片具备自组装能耐，从而增强了Mxene作为导电层的平均性以及附着力。最后，接管逐层浸涂的措施在聚合物晶格概况拆穿困绕MXene导电层。因此，可能取患上具备老本效益且易于运用的传感器。
艰深来说，为了制作基于 MXene 的压阻多孔压力传感器，良多钻研都着重于将 MXene 组装到二维宏不雅基底（如织物以及纸张）或者三维妄想（如气凝胶以及海绵）中。可是，运用传统措施对于多孔妄想妨碍高水平操作具备挑战性，而且老本高昂。接管舍身式三维打印妨碍逐层组装可能克制这些限度，开拓出低老本、高功能以及高度可控的压力传感器。
试验服从表明，制作的支架具备精采的打印保真度，与 CAD 模子不同，坚持了却构的残缺性以及孔隙的连通性。所开拓的多孔传感用具备褶皱特色、卓越的柔韧性、高锐敏度（9.859 kPa-1）以及高达 50 kPa 的宽线性规模、可漠视不计的滞后以及高达 1750 次循环的精采晃动性。
图 1 接管舍身式 3D 打印策略的多孔压力传感器的制备历程、打印保真度以及锐敏性（源头：Chemical Engineering Journal)
Gyroid 妄想的机械功能以其笔直变形机制为主，这对于传感器的传感功能有很大影响。当传感器在 60% 的大应变下妨碍 1000 次缩短-释放循环时。传感器展现出与第一次循环简直相似的滞后环，弹性模量以及最大缩短应力分说坚持在原始值的 96% 以及 85% 以上。这一服从表明，PDMS 聚合物的高弹性以及高多孔Gyroid拓扑妄想的可逆性使压力传感用具备卓越的可复原性以及耐用性。
图 2 多孔压力传感器的机械功能（源头：Chemical Engineering Journal)
与个别报道的多孔海绵以及善凝胶的传感功能差距，基于Gyroid的传感器的相对于电阻变更展现了正压阻系数以及负压阻系数的散漫。经由妨碍原位 SEM 缩短试验以及有限元合成验证，初次剖析了传感器的配合传感机制。咱们发现存在着双重相助传感机制，一种是由单元笔直以及愚昧发生的 MXene 涂层开裂机制，另一种是由孔隙闭合后的褶皱以及孔壁收集发生的致密收集机制。
图 3 经由原位扫描电子显微镜审核多孔压力传感器的功能以及传感机制（源头：Chemical Engineering Journal)
要取患上功能事实的多孔传感器，关键在于后退涂层的安定性。提出自组装 MXene 涂层的别致之处在于 MXene 纳米片与底层 PDMS 支架之间可能完玉成面散漫。咱们发现，MXene 以及 S-MXene 纳米片材能与等离子体处置过的 PDMS 支架发生强盛的氢键以及静电熏染，从而周全拆穿困绕 Gyroid 概况。此外，这两种纳米片还能经由极性相互熏染以及氢键相互排汇，组成自组装涂层。这便是自组装 MXene 传感器（SPS 传感器）比 MXene 传感器（MPS）功能更高的主要原因。
幽默的是，该传感器对于温度的锐敏度很高，可记实 + 4.349% °C-1 的温度，线性度高达 100 °C，因此适用于实时监测物体的温度。此外，在差距湿度条件下，传感器的电气照应都很晃动，这短缺展现了自组装 MXene 涂层的紧张性。该传感器还具备卓越的透气性以及耐洗性。经由调解传感器的晶格妄想，在 12-34 kPa 以及 34-55 kPa 的压力规模内，压力锐敏度可分说清晰后退到 34.43 kPa-1 以及 84.47 kPa-1。
图 4 多孔传感器的温度锐敏度、透气性以及晶格可调性（源头：Chemical Engineering Journal)
基于Gyroid妄想的压力传感用具备极小的检测极限，可能检测到份量为 28 毫克的米粒。该传感器在行动检测、发音以及脉搏监测等多种运用中揭示出重大的后劲。值患上留意的是，该传感器的可衣着性可能精确操作，从而可制作出知足用户夷易近众定制需要的产物，如笔直传感器以及指环。此外，4×4 传感器阵列的组合可提供实时空间压力映射，从而检测运用工具的位置以及形态，如 "城大 "的首字母缩写。
图 5 多孔传感器的检测极限以及可衣着运用演示 (源头：Chemical Engineering Journal)
图 6 4×4 压力传感器阵列的制作历程以及运用（源头： Chemical Engineering Journal)
克日，相关论文以《舍身式 3D 打印来制作具备可调功能的基于 MXene 的可衣着传感器》“ Sacrificial 3D printing to fabricate MXene-based wearable sensors with tunable performance”. Chemical Engineering Journal [1]
香港都市大学博士生Amr Osman以及香港都市大学博士后钻研员Hui Liu为本论文的配合第一作者，Lu Jian教授为通讯作者。
Jian Lu教授是香港都市大学工学院院院长及机械工程系讲座教授，法国国家技术迷信院院士。他的钻研兴趣搜罗三维/四维打印、妄想质料以及金属以及陶瓷质料的机械与催化功能。2006年与2017年分说获法国总统任命获法国国家声誉骑士勋章及法国国家声誉军团骑士勋章，2013年与2018年分说在中国力学大会以及中国质料大会上做大会陈说。2018年获中国工程院光华工程科技奖。已经取患上75项欧、美（43项）、中专利授权，在本规模顶尖杂志Nature（封面文章）、Science、Nature Materials、Nature Chemistry，Nature Water，Science Advances、Nature Co妹妹unications、Materials Today、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、PRL、JACS、Angew. Chem. 等业余杂志上宣告论文480余篇，援用4万3千余次。
下一步，钻研小组将运用三维打印技术，开拓晃动性以及功能更高的其余多孔传感器。三维打印技术的全副后劲在于它可能提供高度定制化以及功能调解。接管重价措施是开拓适用以及可扩展压力传感器的关键。此类传感器可运用于多种规模，特意是为暮年人以及病人提供不断的瘦弱监测，以及人机交互，如机械人操作以及伪造事实（VR）。
参考质料:
[1] 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/https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149461.