研究人员生产导电MXene油墨以打印微超级电容器

来源：增材之光

来自德雷克塞尔大学和爱尔兰三一学院的研究人员用高导电性的2D材料MXene为喷墨打印机制作了导电油墨。最近发表在《自然通讯》上的研究结果表明，这种油墨可用于打印任何尺寸或形状的柔性储能组件，如超级电容器。

导电油墨已经存在了近十年，它们代表了价值数亿美元的市场，预计将在未来十年迅速发展。它已被用于制造高速公路收费转发器中使用的射频识别标签，便携式电子设备中的电路板，以及将车窗作为嵌入式无线电天线排列，并帮助解冻。但要使这项技术得到更广泛的应用，导电油墨需要变得更具导电性，并且更容易应用于各种表面。

德雷克塞尔工程学院，材料科学与工程系教授Yury Gogotsi博士研究了新材料在技术中的应用，他认为德雷克塞尔纳米材料研究所创造的油墨在这两方面都有显著的进步。

“到目前为止，导电油墨在高分辨率打印和高电荷存储设备中的成功率还很有限。”Gogotsi说，“但我们的研究结果表明，采用先进喷墨打印机制造的全MXene打印微超级电容器比现有的其他导电油墨储能设备高出一个数量级。”

虽然研究人员正在稳步研究如何从纳米银、石墨烯和镓等新型导电材料中制造油墨，但仍面临着将它们无缝地结合到制造工艺中的挑战。据德雷克塞尔材料科学与工程系的研究助理教授、MXene墨水研究的合著者Babak Anasori博士说，大多数这些油墨不能一步到位地使用。

“于大多数其他纳米油墨而言，需要添加剂将颗粒保持在一起并允许高质量打印。因此，在打印后，需要额外的步骤 - 通常是热处理或化学处理 - 以去除添加剂。”Anasori说，“对于MXene打印而言，我们只在水中使用MXene或在有机溶液中使用MXene来制作油墨。这意味着它可以在没有任何额外步骤的情况下干燥。”

MXenes是一种基于碳的2D层状材料，于2011年在德雷克塞尔公司创建，具有与水和其他有机溶剂等液体混合的独特能力，同时保留其导电性能。因此，德雷克塞尔研究人员以各种形式生产和测试它，从导电粘土到电磁干扰屏蔽涂层到近乎无形的无线天线。

调整浓度以产生用于商业打印机的油墨是时间和迭代的问题。可以调节油墨中的溶剂和MXene浓度以适应不同种类的打印机。

“如果我们真的想要大规模利用任何一种技术，并准备好供公众使用，那么它必须变得非常简单，而且要一步完成。”Anasori说，“几乎每个房子都能找到一台喷墨打印机，所以我们知道如果能够制作出合适的油墨，那么任何人都可以制造未来的电子产品和设备。”

作为研究的一部分，德雷克塞尔团队与三一学院的研究人员合作，他们是打印专家，他们将MXene油墨用于一系列打印输出测试，包括一个简单的电路，一个微电容和一些文本，从纸张到塑料到玻璃的基材。在这样的过程中，他们发现他们可以打印一致厚度的线条，并且油墨通过电流的能力随厚度而变化 - 这两者都是制造电子元件的重要因素。打印输出保持了其优异的导电性，这是所有碳基导电油墨中最高的，包括碳纳米管和石墨烯。

这些都是一种非常通用的产品，用于制造在我们的电子设备中执行重要但经常被忽视的功能的微小组件，例如在电池耗尽时保持电源打开、防止电涌，或加速充电过程等工作。提供更高性能的材料和使用它构建东西的新方法不仅可以改进我们当前的设备，还可以创建全新的技术。

与传统制造协议相比，直接油墨打印技术，如喷墨打印和挤出打印，可以实现数字和附加图案、定制化、减少材料浪费、可扩展性和快速生产。现在我们已经生产出可以通过这种技术应用的MXene油墨，我们正在寻找一个使用它的新机会。”

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