研究人員生產導電MXene油墨以打印微超級電容器

來源：增材之光

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

導電油墨已經(jīng)存在了近十年，它們代表了價值數(shù)億美元的市場，預計將在未來十年迅速發(fā)展。它已被用于制造高速公路收費轉發(fā)器中使用的射頻識別標簽，便攜式電子設備中的電路板，以及將車窗作為嵌入式無線電天線排列，并幫助解凍。但要使這項技術得到更廣泛的應用，導電油墨需要變得更具導電性，并且更容易應用于各種表面。

德雷克塞爾工程學院，材料科學與工程系教授Yury Gogotsi博士研究了新材料在技術中的應用，他認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步。

“到目前為止，導電油墨在高分辨率打印和高電荷存儲設備中的成功率還很有限?！盙ogotsi說，“但我們的研究結果表明，采用先進噴墨打印機制造的全MXene打印微超級電容器比現(xiàn)有的其他導電油墨儲能設備高出一個數(shù)量級。”

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電材料中制造油墨，但仍面臨著將它們無縫地結合到制造工藝中的挑戰(zhàn)。據(jù)德雷克塞爾材料科學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，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處理 - 以去除添加劑。”Anasori說，“對于MXene打印而言，我們只在水中使用MXene或在有機溶液中使用MXene來制作油墨。這意味著它可以在沒有任何額外步驟的情況下干燥?！?br />
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溶劑等液體混合的獨特能力，同時保留其導電性能。因此，德雷克塞爾研究人員以各種形式生產和測試它，從導電粘土到電磁干擾屏蔽涂層到近乎無形的無線天線。

調整濃度以產生用于商業(yè)打印機的油墨是時間和迭代的問題?？梢哉{節(jié)油墨中的溶劑和MXene濃度以適應不同種類的打印機。

“如果我們真的想要大規(guī)模利用任何一種技術，并準備好供公眾使用，那么它必須變得非常簡單，而且要一步完成?！盇nasori說，“幾乎每個房子都能找到一臺噴墨打印機，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的電子產品和設備?！?br />
作為研究的一部分，德雷克塞爾團隊與三一學院的研究人員合作，他們是打印專家，他們將MXene油墨用于一系列打印輸出測試，包括一個簡單的電路，一個微電容和一些文本，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)異的導電性，這是所有碳基導電油墨中最高的，包括碳納米管和石墨烯。

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

與傳統(tǒng)制造協(xié)議相比，直接油墨打印技術，如噴墨打印和擠出打印，可以實現(xiàn)數(shù)字和附加圖案、定制化、減少材料浪費、可擴展性和快速生產?，F(xiàn)在我們已經(jīng)生產出可以通過這種技術應用的MXene油墨，我們正在尋找一個使用它的新機會?！?br />
來源：增材之光