3-D可印刷2-D材料基油墨有望改善儲(chǔ)能裝置

來自曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院和石墨烯研究所的一組研究人員首次使用二維材料MXene配制墨水，生產(chǎn)3D打印叉指電極。

正如Advanced Materials中所公布的，這些墨水已被用于3D打印電極，可用于超級(jí)電容器等儲(chǔ)能設(shè)備。

MXene是一種由早期過渡金屬(如鈦)和碳原子組成的“粘土狀”二維材料，最早由德雷塞爾大學(xué)開發(fā)。然而，與大多數(shù)粘土不同，MXene 在干燥時(shí)顯示出高導(dǎo)電性并且是親水的，使得它們易于分散在水性懸浮液和油墨中。

石墨烯是世界上第一種二維材料，比銅更具導(dǎo)電性，比鋼更強(qiáng)，柔韌，透明，比人類頭發(fā)的直徑薄一百萬倍。

自其隔離以來，石墨烯為探索其他二維材料打開了大門，每種材料都具有一系列不同的特性。然而，為了利用這些獨(dú)特的性質(zhì)，需要將2-D材料有效地集成到器件和結(jié)構(gòu)中。制造方法和材料配方對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)至關(guān)重要。

領(lǐng)導(dǎo)該團(tuán)隊(duì)的Suelen Barg博士說：“我們證明大量的MXene薄片可以覆蓋幾個(gè)原子厚度，水可以獨(dú)立地用于配制具有非常特殊的粘彈性行為的油墨用于印刷。這些油墨可以直接3D打印成高度超過20層的獨(dú)立式結(jié)構(gòu)。由于MXene具有出色的導(dǎo)電性，我們可以將我們的墨水直接應(yīng)用于無需三維印刷集電極的超級(jí)電容器。獨(dú)特的流變特性與該方法的可持續(xù)性相結(jié)合，為探索提供了許多機(jī)會(huì)，特別是在能量存儲(chǔ)和需要2-D MXene功能特性的應(yīng)用中，定制的3-D架構(gòu)。“

Wenji和Jae，Ph.D。大學(xué)Nano3D實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生說：“增材制造提供了一種可能的方法來構(gòu)建定制的多材料能源設(shè)備，展示了捕捉MXene在能源應(yīng)用中使用潛力的能力。我們希望這項(xiàng)研究能夠全面開辟道路。釋放MXene在這一領(lǐng)域的潛力。“

“獨(dú)特的流變特性與該方法的可持續(xù)性相結(jié)合，為探索提供了許多機(jī)會(huì)，特別是在能量存儲(chǔ)和需要2-D MXene在定制的3-D架構(gòu)中的功能特性的應(yīng)用中，”材料學(xué)院Suelen Barg博士說。 。

這些設(shè)備的性能和應(yīng)用越來越依賴于創(chuàng)新材料的開發(fā)和可擴(kuò)展制造，以提高其性能。

超級(jí)電容器是能夠產(chǎn)生大量功率同時(shí)使用比傳統(tǒng)設(shè)備少得多的能量的設(shè)備。由于它們具有優(yōu)異的導(dǎo)電性并且具有減小器件重量的潛力，因此在這些類型的器件中使用2-D材料已經(jīng)進(jìn)行了許多工作。

這些設(shè)備的潛在用途是用于汽車工業(yè)，例如電動(dòng)汽車以及移動(dòng)電話和其他電子設(shè)備。