导电“油墨”打印柔性储能元件,想要多大打多大

  德雷克塞尔大学和三一学院的研究人员开发的导电油墨,可用于喷墨打印储能设备。

  sciencedaily.com网站4月17日报道,《自然通讯》杂志发文称,爱尔兰德雷克塞尔大学和三一学院的研究人员利用二维导电材料MXene,制造了可用于喷墨打印的“导电墨水”。这种导电墨水可以用于打印包括超级电容器在内的任意尺寸或形状的柔性储能元件。

  导电油墨技术已经诞生近10年,它背后的市场估值高达数亿美元。据研究人员估计,其市场价值在下个十年里还会迅速增长。导电油墨已被广泛应用于射频识别标签、高速公路收费站应答器、便携式电子产品电路板、车辆嵌入式天线和除霜器等。如果想进一步推广导电油墨技术,就必须使其导电性和表面应用性更上一个台阶。德雷克塞尔大学材料与工程系教授Yury Gogotsi博士认为,德雷克塞尔纳米材料研究所制造的导电油墨在这两方面都取得了重大进步。Gogotsi博士说:“导电油墨在高分辨率打印和高电荷存储设备中的成就有限。而我们通过全MXene喷墨打印制造的微型超级电容器,其性能较其他导电油墨制造的储能设备有了大幅度提高。”

  尽管研究人员一直在试图寻找基于纳米银、石墨烯和镓等新型导电材料的油墨制造方法,但将它们“无缝”融入制造过程始终是一个巨大的障碍。德雷克塞尔大学材料科学与工程研究人员、论文作者Babak Anasori博士认为,纳米银等制成的导电油墨无法适应“一步法”工艺。他解释说:“对于大多数纳米油墨而言,都需要使用添加剂来黏合纳米颗粒,从而实现高质量打印。也正因为如此,打印后需要额外的步骤(如热处理或化学处理)来除去添加剂。对于MXene打印而言,我们只需要使用水、有机溶剂和MXene来制作油墨,打印后处理随之大大简化了。”

  MXene是一种碳基二维层状材料,与水和多种有机溶剂有独特的混合能力。MXene与溶剂混合后仍然能保持导电性能。德雷克塞尔大学的研究人员已经研究了MXene在导电粘土、电磁干扰屏蔽涂层和无线天线中的应用。有了之前的技术储备,将MXene用于导电油墨就只是简单的时间、迭代问题了。研究人员可以根据用户的需要,调整溶剂种类和MXene的浓度,以适应不同的打印机。Anasori博士说:“任何技术想要大规模推广,就必须让它具备易用性。喷墨打印机是家庭常见电子设备,只要我们能够提供合适的油墨,任何人都能自己制造未来电子设备。”

  研究人员对MXene油墨进行了一系列打印测试。如在纸张、塑料和玻璃等多种基片上打印简单电路、微型超级电容器和文本等。他们发现,打印出的线条可以厚度一致,导电能力与线条厚度有关。MXene打印出来的产品保持了良好的性能,其导电性甚至比碳纳米管和石墨烯基导电油墨的导电性更高。Anasori博士说:“与传统制造工艺相比,喷墨打印和挤压打印等直接打印技术具有更好的定制性、扩展性和快速生产性,并且可以显著减少材料浪费。MXene油墨在未来拥有广阔的应用空间。”

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  编译:雷鑫宇

  审稿:西莫