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導電「油墨」列印柔性儲能元件,想要多大打多大

4月
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2019

2019年4月19日07時 科技工作者之家

科技工作者之家

德雷克塞爾大學和三一學院的研究人員開發的導電油墨,可用於噴墨列印儲能設備。

sciencedaily.com網站4月17日報導,《自然通訊》雜誌發文稱,愛爾蘭德雷克塞爾大學和三一學院的研究人員利用二維導電材料MXene,製造了可用於噴墨列印的「導電墨水」。這種導電墨水可以用於列印包括超級電容器在內的任意尺寸或形狀的柔性儲能元件。

導電油墨技術已經誕生近10年,它背後的市場估值高達數億美元。據研究人員估計,其市場價值在下個十年里還會迅速增長。導電油墨已被廣泛應用於射頻識別標籤、高速公路收費站應答器、可攜式電子產品電路板、車輛嵌入式天線和除霜器等。如果想進一步推廣導電油墨技術,就必須使其導電性和表面應用性更上一個台階。德雷克塞爾大學材料與工程系教授Yury

Gogotsi博士認為,德雷克塞爾納米材料研究所製造的導電油墨在這兩方面都取得了重大進步。Gogotsi博士說:「導電油墨在高解析度列印和高電荷存儲設備中的成就有限。而我們通過全MXene噴墨列印製造的微型超級電容器,其性能較其他導電油墨製造的儲能設備有了大幅度提高。」

儘管研究人員一直在試圖尋找基於納米銀、石墨烯和鎵等新型導電材料的油墨製造方法,但將它們「無縫」融入製造過程始終是一個巨大的障礙。德雷克塞爾大學材料科學與工程研究人員、論文作者Babak

Anasori博士認為,納米銀等製成的導電油墨無法適應「一步法」工藝。他解釋說:「對於大多數納米油墨而言,都需要使用添加劑來黏合納米顆粒,從而實現高質量列印。也正因為如此,列印後需要額外的步驟(如熱處理或化學處理)來除去添加劑。對於MXene列印而言,我們只需要使用水、有機溶劑和MXene來製作油墨,列印後處理隨之大大簡化了。」

MXene是一種碳基二維層狀材料,與水和多種有機溶劑有獨特的混合能力。MXene與溶劑混合後仍然能保持導電性能。德雷克塞爾大學的研究人員已經研究了MXene在導電粘土、電磁干擾屏蔽塗層和無線天線中的應用。有了之前的技術儲備,將MXene用於導電油墨就只是簡單的時間、疊代問題了。研究人員可以根據用戶的需要,調整溶劑種類和MXene的濃度,以適應不同的印表機。Anasori博士說:「任何技術想要大規模推廣,就必須讓它具備易用性。噴墨印表機是家庭常見電子設備,只要我們能夠提供合適的油墨,任何人都能自己製造未來電子設備。」

研究人員對MXene油墨進行了一系列列印測試。如在紙張、塑料和玻璃等多種基片上列印簡單電路、微型超級電容器和文本等。他們發現,列印出的線條可以厚度一致,導電能力與線條厚度有關。MXene列印出來的產品保持了良好的性能,其導電性甚至比碳納米管和石墨烯基導電油墨的導電性更高。Anasori博士說:「與傳統製造工藝相比,噴墨列印和擠壓列印等直接列印技術具有更好的定製性、擴展性和快速生產性,並且可以顯著減少材料浪費。MXene油墨在未來擁有廣闊的應用空間。」

科界原創

編譯:雷鑫宇

審稿:西莫

責編:唐林芳

期刊來源:《自然通訊》

期刊編號:2041-1723

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