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二维材料MXene为喷墨打印机制作了墨水。最近发表在Nature Communications上的研究结果表明，这种油墨可用于印刷任何尺寸或形状的柔性储能元件，如超级电容器。
导电油墨已经存在了近十年，它们代表了一个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。但是，对于更广泛使用的技术，导电油墨需要变得更具导电性并且更容易应用于一系列表面。
Drexel工程学院，材料科学与工程系的杰出大学和Bach教授Yury Gogotsi博士研究了新材料在技术中的应用，他们认为Drexel纳米材料研究所创造的墨水在这两方面都取得了重大进展。战线。
“到目前为止，在精细分辨率印刷和高电荷存储设备中，导电油墨的成功率有限，”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印刷微超级电容器比现有的其他导电墨水储能设备高出一个数量级。”
虽然研究人员正在逐步找出使用新的，更具导电性的材料(如纳米粒子银，石墨烯和镓)制造墨水的方法，但挑战仍然是将它们无缝地融入制造工艺中。德雷克塞尔材料科学与工程系的研究助理教授，MXene墨水研究的共同作者Babak Anasori博士表示，大多数这些墨水不能一步到位地使用。
“对于大多数其他纳米油墨，需要添加剂将颗粒保持在一起并允许高质量印刷。因此，在印刷后，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印刷，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是一种基于碳的二维层状材料，于2011年在Drexel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，Drexel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印刷机的油墨是时间和迭代的问题。可以调节墨水中的溶剂和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技术，并准备好供公众使用，它必须变得非常简单，只需一步完成，”Anasori说。“几乎每个房子都能找到一台喷墨打印机，所以我们知道如果我们能制作出合适的墨水，任何人都可以制作出未来的电子产品和设备。”
作为研究的一部分，Drexel团队与三一学院的研究人员合作，他们是印刷专家，他们将MXene墨水用于一系列打印输出测试，包括一个简单的电路，一个微型超级电容器和一些文本，从纸张到塑料到玻璃的基材。在这样做时，他们发现他们可以印刷一致厚度的线条，并且墨水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，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，直接油墨印刷技术，如喷墨印刷和挤出印刷，可以实现数字和附加图案化，定制化，减少材料浪费，可扩展性和快速生产，”Anasori说。“现在我们已经生产出可以通过这种技术应用的MXene墨水，我们正在寻找一个使用它的新机会的世界。”