近期，健康学院朱志刚教授团队提出了一种通过喷涂法在不同柔性衬底上快速制备MXene电极图案的方法，通过机械引导压缩屈曲法制备了具有三维可变形性的柔性纸基氨气传感器。
为实现对于目标气体分子的快速吸脱附及高灵敏气敏响应，基于半导体金属氧化物气敏材料的传统气体传感器通常要在高达数百摄氏度的高温下工作。在室温下，传感器的性能会面临较大程度的衰减。不仅如此，传统气体传感器制备流程复杂且缺乏力学柔韧性，无法顺应体表三维结构和动态力学特性，不利于其在柔性可穿戴场景下的应用。此外，当前还面临着废弃器件带来的社会负担及环境污染，不利于可持续发展。
针对上述问题，该研究提出了一种通过喷涂Ti3C2Tx MXene/明胶复合墨水快速制备高精度MXene图案电极的技术。该方法能够在不同衬底材料上制备图案化电极，如生物组织（叶子或猪皮）、金属（铝箔）、玻璃和陶瓷、塑料（亚克力板）和纸质等。其中，通过程序化剪纸技术能够在纸质衬底上制备平面图案，并通过机械引导压缩屈曲法实现二维-三维转变，得到多种三维可变形性柔性MXene电极，具有良好的贴合性。受益于Ti3C2Tx MXene的丰富表面官能团，喷涂制备的柔性纸基传感器表现出对50 ppm NH3分子约7%的气体响应以及约93.75 ppb的低检测限。有趣的是，三维MXene折纸电极可以稳定粘附并适应3D曲面，其贴合性明显优于平面电极。由于其独特的三维几何结构，三维MXene折纸成功实现了对NH3方向和高度分布的识别，表明其解析有害气体空间分布的潜力。最后，在PBS/H2O2/纤维素酶溶液中，该法制备的MXene折纸能够在19天内完全降解，展示了其作为高性能、形状可变形和环保柔性气体传感器的应用前景。
上述研究以“Fully transient 3D origami paper-based ammonia gas sensor obtained by facile MXene spray coating”为题发表在《ACS Sensors》，其中王子峰老师和严烽同学为共同第一作者，朱志刚教授为通讯作者，上海理工大学为唯一通讯单位。