編者按:近日,曼徹斯特大學(xué)使用使用2D材料MXene配置墨水,3D打印出電極。據(jù)了解,該墨水在儲能等領(lǐng)域有著巨大的潛力,具有比石墨烯高表面積、高電導(dǎo)率等特點,目前已被用于超級電容等儲能設(shè)備,能夠改善儲能設(shè)備。
來自曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院和國家石墨烯研究所的一組研究人員首次使用2D材料MXene配置墨水,3D打印出了叉指電極。正如Advanced Materials期刊所發(fā)布的那樣,這些油墨已被用于3D打印電極,可用于超級電容器等儲能設(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,最早由美國德雷塞爾大學(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。它具有比石墨烯高表面積、高電導(dǎo)率的特點,又具備組分靈活可調(diào),最小納米層厚可控等優(yōu)勢,已在儲能、吸附、傳感器、導(dǎo)電填充劑等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。
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,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,為了利用這些獨特的性質(zhì),需要將2D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于實現(xiàn)這一點至關(guān)重要。
領(lǐng)導(dǎo)該團隊的Suelen Barg博士說:“我們證明大量的MXene薄片可以覆蓋幾個原子厚度,水可以獨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電容器。獨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會,特別是在能量存儲和需要2D MXene功能特性的應(yīng)用中,定制的3D架構(gòu)。”
大學(xué)Nano3D實驗室的學(xué)生Wenji和Jae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。我們希望這項研究能夠全面開辟道路。釋放MXene在這一領(lǐng)域的潛力。”
“獨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會,特別是在能量存儲和需要2D MXene在定制的3D架構(gòu)中的功能特性的應(yīng)用中,”材料學(xué)院Suelen Barg博士補充道。
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)和可擴展制造,以提高其性能。
超級電容器是能夠產(chǎn)生大量功率同時使用比傳統(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2D材料已經(jīng)進行了許多工作。這些設(shè)備的潛在用途是用于汽車工業(yè),例如電動汽車以及移動電話和其他電子設(shè)備。
原標題:有望改善儲能裝置:2D材料基油墨