研究人員生產(chǎn)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(jié)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(zhuǎn)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(shù)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(shù)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(jié)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(jié)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(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處理 - 以去除添加劑?！盇nasori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(chǎn)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(diào)整濃度以產(chǎn)生用于商業(yè)打印機的油墨是時間和迭代的問題?？梢哉{(diào)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(shù)，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(chǎn)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(chǎn)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(gòu)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(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(chǎn)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)生產(chǎn)出可以通過這種技術(shù)應用的MXene油墨，我們正在尋找一個使用它的新機會。”

來源：增材之光