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基于MXene的油墨用于打印柔性电子产品

您已经听说过石墨烯,这种奇妙的材料因其独特的性能组合而被广泛应用于各种应用中。现在,研究人员正在使用另一种名为MXene的二维材料来做新事物,这种材料类似石墨烯,也是碳基的,具有高导电性。最近的一些工作来自两个机构 - 德雷克塞尔大学和爱尔兰的三一学院 - 研究人员为喷墨打印机创建了基于MXene的墨水,可用于打印超级电容器等柔性储能元件。任何大小或形状。自动化技术东部是东海岸领先的自动化/机器人贸易展览会,提供微软,IBM洛克希德马丁公司等数十种最新的组件,控制器和取放器。

虽然印刷电子产品的发展不再是一个新的故事,但由于所使用的油墨导电性相对较差,实际应用“仍然有限”,Drexel工程学院教授,材料科学与工程系Yury Gogotsi说。。

印刷电子产品的导电油墨已经存在,研究人员一直在努力寻找通过使用纳米粒子银,石墨烯和镓等新型导电材料来改善它们的方法。然而,对他们来说仍然存在挑战,因为难以将这些墨水无缝地导入制造过程。

他说,进入MXene,其金属电导率超过其他低维材料,也更容易使用。

“作为一种具有氧气终止表面的二维材料,它很容易粘在许多材料上,包括纸张,”Gogotsi告诉设计新闻。“此外,与碳黑,纳米管或其他疏水性材料不同,MXene薄片在水中形成稳定的胶体溶液,不添加任何表面活性剂。”

提高电导率

他说,在这些材料中,添加表面活性剂在油墨上干燥后,留在导电颗粒表面,分离颗粒并降低导电性。Gogotsi说,这不是MXene的情况,这意味着印刷图案可以进一步提高导电性。此外,对纸张,织物和某些聚合物的强附着力也消除了在电子设计中对粘性胶状添加剂的需求,他说。

了解石墨烯的这些特性,Gogotsi和三一学院的印刷专家共同合作,优化基于MXene的印刷设备油墨。

“我的团队在喷墨打印方面没有经验,而且我们在德雷塞尔大学也没有先进的打印机,”Gogotsi解释道。“我的学生们早些时候表明,用水喷射笔,滚珠笔和带有MXene墨水的标记,可以将MXene在水中用作导墨水。因此,我们与都柏林三一学院的Valeria Nicolosi教授合作,该实验室拥有非常先进的2D和3D打印机。“

他说,都柏林团队能够为Drexel研究人员解决的问题之一是在水或有机溶剂中找到合适浓度的MXene来生产优质油墨。

“用于印刷的油墨必须具有一定的粘度,而不是堵塞印刷喷嘴,并具有特定印刷工艺和打印机种类的其他特性,”Gogotsi解释道。Trinity专家能够帮助Drexel研究人员解决这些问题。

通过这次合作,研究人员能够使用MXene墨水生产和测试印刷设备,包括简单的电路,微型超级电容器和一些文本,从纸张到塑料到玻璃。

Gogotsi说,他们的实验证明,他们可以印刷厚度一致的线条,并且油墨通过电流的能力随着厚度的变化而变化 - 这两个因素都是制造电子元件的重要因素。此外,他补充说,在所有碳基导电油墨(包括碳纳米管和石墨烯)中,打印输出保持了最高的导电性。该团队在Nature Communications杂志上发表了一篇关于其工作的论文。

Gogotsi说,研究人员计划继续使用基于MXene的墨水打印各种设备,包括传感器,天线和RFID标签,以及在各种表面和材料上进行打印的实验。他补充说,他们还将使用导电MXene墨水测试彩色印刷,因为不同的MXene成分 - 研究人员可以制作30种不同的颜色。

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