研究人員生產(chǎn)導(dǎo)電MXene油墨以打印微超級(jí)電容器

來(lái)源：增材之光

來(lái)自德雷克塞爾大學(xué)和愛(ài)爾蘭三一學(xué)院的研究人員用高導(dǎo)電性的2D材料MXene為噴墨打印機(jī)制作了導(dǎo)電油墨。最近發(fā)表在《自然通訊》上的研究結(jié)果表明，這種油墨可用于打印任何尺寸或形狀的柔性儲(chǔ)能組件，如超級(jí)電容器。

導(dǎo)電油墨已經(jīng)存在了近十年，它們代表了價(jià)值數(shù)億美元的市場(chǎng)，預(yù)計(jì)將在未來(lái)十年迅速發(fā)展。它已被用于制造高速公路收費(fèi)轉(zhuǎn)發(fā)器中使用的射頻識(shí)別標(biāo)簽，便攜式電子設(shè)備中的電路板，以及將車窗作為嵌入式無(wú)線電天線排列，并幫助解凍。但要使這項(xiàng)技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，導(dǎo)電油墨需要變得更具導(dǎo)電性，并且更容易應(yīng)用于各種表面。

德雷克塞爾工程學(xué)院，材料科學(xué)與工程系教授Yury Gogotsi博士研究了新材料在技術(shù)中的應(yīng)用，他認(rèn)為德雷克塞爾納米材料研究所創(chuàng)造的油墨在這兩方面都有顯著的進(jìn)步。

“到目前為止，導(dǎo)電油墨在高分辨率打印和高電荷存儲(chǔ)設(shè)備中的成功率還很有限�！盙ogotsi說(shuō)，“但我們的研究結(jié)果表明，采用先進(jìn)噴墨打印機(jī)制造的全MXene打印微超級(jí)電容器比現(xiàn)有的其他導(dǎo)電油墨儲(chǔ)能設(shè)備高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。”

雖然研究人員正在穩(wěn)步研究如何從納米銀、石墨烯和鎵等新型導(dǎo)電材料中制造油墨，但仍面臨著將它們無(wú)縫地結(jié)合到制造工藝中的挑戰(zhàn)。據(jù)德雷克塞爾材料科學(xué)與工程系的研究助理教授、MXene墨水研究的合著者Babak Anasori博士說(shuō)，大多數(shù)這些油墨不能一步到位地使用。

“于大多數(shù)其他納米油墨而言，需要添加劑將顆粒保持在一起并允許高質(zhì)量打印。因此，在打印后，需要額外的步驟 - 通常是熱處理或化學(xué)處理 - 以去除添加劑�！盇nasori說(shuō)，“對(duì)于MXene打印而言，我們只在水中使用MXene或在有機(jī)溶液中使用MXene來(lái)制作油墨。這意味著它可以在沒(méi)有任何額外步驟的情況下干燥�！�

MXenes是一種基于碳的2D層狀材料，于2011年在德雷克塞爾公司創(chuàng)建，具有與水和其他有機(jī)溶劑等液體混合的獨(dú)特能力，同時(shí)保留其導(dǎo)電性能。因此，德雷克塞爾研究人員以各種形式生產(chǎn)和測(cè)試它，從導(dǎo)電粘土到電磁干擾屏蔽涂層到近乎無(wú)形的無(wú)線天線。

調(diào)整濃度以產(chǎn)生用于商業(yè)打印機(jī)的油墨是時(shí)間和迭代的問(wèn)題。可以調(diào)節(jié)油墨中的溶劑和MXene濃度以適應(yīng)不同種類的打印機(jī)。

“如果我們真的想要大規(guī)模利用任何一種技術(shù)，并準(zhǔn)備好供公眾使用，那么它必須變得非常簡(jiǎn)單，而且要一步完成�！盇nasori說(shuō)，“幾乎每個(gè)房子都能找到一臺(tái)噴墨打印機(jī)，所以我們知道如果能夠制作出合適的油墨，那么任何人都可以制造未來(lái)的電子產(chǎn)品和設(shè)備。”

作為研究的一部分，德雷克塞爾團(tuán)隊(duì)與三一學(xué)院的研究人員合作，他們是打印專家，他們將MXene油墨用于一系列打印輸出測(cè)試，包括一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，一個(gè)微電容和一些文本，從紙張到塑料到玻璃的基材。在這樣的過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)他們可以打印一致厚度的線條，并且油墨通過(guò)電流的能力隨厚度而變化 - 這兩者都是制造電子元件的重要因素。打印輸出保持了其優(yōu)異的導(dǎo)電性，這是所有碳基導(dǎo)電油墨中最高的，包括碳納米管和石墨烯。

這些都是一種非常通用的產(chǎn)品，用于制造在我們的電子設(shè)備中執(zhí)行重要但經(jīng)常被忽視的功能的微小組件，例如在電池耗盡時(shí)保持電源打開(kāi)、防止電涌，或加速充電過(guò)程等工作。提供更高性能的材料和使用它構(gòu)建東西的新方法不僅可以改進(jìn)我們當(dāng)前的設(shè)備，還可以創(chuàng)建全新的技術(shù)。

與傳統(tǒng)制造協(xié)議相比，直接油墨打印技術(shù)，如噴墨打印和擠出打印，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字和附加圖案、定制化、減少材料浪費(fèi)、可擴(kuò)展性和快速生產(chǎn)�，F(xiàn)在我們已經(jīng)生產(chǎn)出可以通過(guò)這種技術(shù)應(yīng)用的MXene油墨，我們正在尋找一個(gè)使用它的新機(jī)會(huì)�！�

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