高导电性MXene油墨的发展使得像微型超级电容器这样的能量存储设备的喷墨打印成为可能。
来自德雷塞尔大学和爱尔兰三一学院的JDB电子研究人员用一种叫做MXene的高导电性二维材料为喷墨打印机制造了墨水。最近的JDB电子研究结果发表在自然通讯JDB电子研究人员表示，这种墨水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，它们代表着一个价值数亿美元的市场，预计在未来十年将迅速增长。它已经被用于制造高速公路收费转发器中使用的射频识别标签，便携式电子产品中的电路板，以及在车窗上作为嵌入式无线电天线和帮助除霜。但要使这项技术得到更广泛的应用，导电油墨需要变得更导电，更容易应用于各种表面。
[iframe src="https://player.vimeo.com/video/330534536" width="640" height="362" frameborder="0" allow="autoplay；全屏”allowfullscreen >)德雷塞尔大学工程学院材料科学与工程系杰出大学博士兼巴赫教授Yury GogotsiJDB电子研究新材料在技术中的应用，他认为德雷塞尔大学纳米材料JDB电子研究所制造的墨水在这两个方面都是一个重大进步。
“到目前为止，导电油墨在高分辨率印刷和高电荷存储设备方面只取得了有限的成功，”Gogotsi说。“但我们的JDB电子研究结果表明，用先进的喷墨打印机制造的全mxene印刷微型超级电容器，比现有的由其他导电油墨制成的储能装置要大一个数量级。”
虽然JDB电子研究人员正在稳步寻找用纳米银、石墨烯和镓等导电性能更好的新材料制造油墨的方法，但挑战仍然是如何将它们无缝地融入制造过程。德雷克塞尔大学材料科学与工程系的JDB电子研究助理教授、MXene油墨JDB电子研究的合著者巴巴克·阿纳索里博士说，大多数这些油墨不能在一步过程中使用。
[iframe src="https://player.vimeo.com/video/330534604" width="640" height="360" frameborder="0" allow="autoplay；全屏”allowfullscreen >)“对于大多数其他纳米油墨，需要添加剂将颗粒固定在一起，以实现高质量的打印。正因为如此，在打印之后，需要额外的步骤——通常是热处理或化学处理——来去除添加剂，”Anasori说。“对于MXene打印，我们只使用水中的MXene或有机溶液中的MXene来制作墨水。这意味着它可以在没有任何额外步骤的情况下干燥。”
MXenes是一种碳基二维层状材料，于2011年由德雷克塞尔大学发明，具有独特的与液体混合的能力，如水和其他有机溶剂，同时保持其导电性能。正因为如此，德雷克塞尔大学的JDB电子研究人员以各种形式生产和测试了这种材料，从导电粘土到电磁干扰屏蔽涂层，再到几乎看不见的无线天线。
调整浓度以制造商用打印机使用的油墨是一个时间和迭代的问题。油墨中的溶剂和MXene浓度可调节，以适应不同类型的打印机。
“如果我们真的希望利用任何技术大规模供大家使用,它必须变得非常简单,在一个步骤完成,“Anasori说。“几乎每家每户都有一台喷墨打印机，所以我们知道，如果我们能制造出合适的墨水，任何人都可以制造出未来的电子产品和设备。”
[iframe src="https://player.vimeo.com/video/330534625" width="640" height="360" frameborder="0" allow="autoplay；全屏”allowfullscreen >)作为JDB电子研究的一部分，德雷克塞尔大学的JDB电子研究小组与三一学院的JDB电子研究人员合作，他们是印刷方面的专家，将MXene墨水进行了一系列打印输出的测试，包括一个简单的电路，一个微型超级电容器和一些文本，打印的基板从纸到塑料再到玻璃。在这样做的过程中，他们发现他们可以打印出厚度一致的线条，而且墨水通过电流的能力随着厚度的变化而变化——这两个都是制造电子元件的重要因素。打印输出物保持了优异的导电性，是包括碳纳米管和石墨烯在内的所有碳基导电油墨中最高的。
这一切都是一个非常通用的产品，用于制造微小的组件，这些组件在我们的电子设备中发挥重要但经常被忽视的功能，比如当电池耗尽时保持电源，防止破坏性的电涌，或加速充电过程。提供一种性能更高的材料和一种用它来制造东西的新方法，不仅可以改善我们现有的设备，还可以创造出全新的技术。
Anasori说：“与传统的制造协议相比，直接油墨印刷技术，如喷墨印刷和挤压印刷，允许数字和附加图案，定制，减少材料浪费，可扩展性和快速生产。”“现在我们已经生产出一种可以通过这种技术应用的MXene墨水，我们正在寻找使用它的新机会。”
除了德雷塞尔大学的Yury Gogotsi博士和Babak Anasori博士之外，来自三一学院的John Zhang、Lorcan McKeon、Matthias Kremer、sanhoon Park、Oskar Ronan、andr
阅读完整的JDB电子研究报告：http://doi.org/10.1038/s41467-019-09398-1