來自德雷克塞爾大學(xué)和愛爾蘭三一學(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能組件，如超級電容器。
       導(dǎo)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(yù)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(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(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設(shè)備中的成功率還很有限。”Gogotsi說，“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打印微超級電容器比現(xiàn)有的其他導(dǎo)電油墨儲能設(shè)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(dǎo)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(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，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。”Anasori說，“對于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。”
      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特能力，同時保留其導(dǎo)電性能。因此，德雷克塞爾研究人員以各種形式生產(chǎn)和測試它，從導(dǎo)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(jī)的油墨是時間和迭代的問題。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單，而且要一步完成。”Anasori說，“幾乎每個房子都能找到一臺噴墨打印機(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(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(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，可以實現(xiàn)數(shù)字和附加圖案、定制化、減少材料浪費、可擴(kuò)展性和快速生產(chǎn)。現(xiàn)在我們已經(jīng)生產(chǎn)出可以通過這種技術(shù)應(yīng)用的MXene油墨，我們正在尋找一個使用它的新機(jī)會。”