曼彻斯特研究人员使用MXene 2D材料制作3D打印电极

发布时间:
2019-08-20
来源:
云3D打印

来自曼彻斯特大学材料系和国家石墨烯研究所的一组研究人员首次使用2D材料MXene配制墨水,生产3D打印叉指电极。

正如Advanced Materials中所公布的那样,这些油墨已被用于3D打印电极,可用于超级电容器等储能设备。MXene是一种由早期过渡金属(如钛)和碳原子组成的“粘土状”二维材料,最早由德雷塞尔大学开发。然而,与大多数粘土不同,MXene在干燥时显出高导电性并且是亲水的,使得它们易于分散在水性悬浮液和油墨中。


石墨烯是世界上第一种二维材料,比铜更具导电性,比钢更强,柔韧,透明,比人类头发的直径薄一百万倍。

自其隔离以来,石墨烯为探索其他二维材料打开了大门,每种材料都具有一系列不同的特性。然而,为了利用这些独特的属性,2D材料需要有效地集成到设备和结构中。制造方法和材料配方对于实现这一点至关重要。


          


“我们证明,大量的MXene薄片跨越几个原子厚度,水可以独立地用于配制具有非常特定的粘弹性行为的印刷油墨,”该团队的负责人Suelen Barg博士说。这些墨水可以直接3D打印到超过20层高的独立式建筑中。由于MXene具有出色的导电性,我们可以使用我们的墨水直接3D打印无集电器的超级电容器。独特的流变特性与该方法的可持续性相结合,为探索提供了许多机会,特别是在能量存储和需要2D MXene功能特性的应用中。

这些设备的性能和应用越来越依赖于创新材料的开发和可扩展制造,以提高其性能。



          


超级电容器是能够产生大量功率同时使用比传统设备少得多的能量的设备。由于其优异的导电性以及具有减小器件重量的潜力,在这些类型的器件中使用2D材料已经进行了许多工作。

“增材制造提供了一种可能的方法来构建定制的多材料能源设备,展示了捕捉MXene在能源应用中使用潜力的能力,”大学Nano3D实验室的博士学生Wenji和Jae说。“我们希望这项研究能够为完全释放MXene在这一领域的潜力开辟道路。”

这些设备的潜在用途是用于汽车工业,例如电动汽车以及移动电话和其他电子设备。高级材料领域是曼彻斯特大学的研究信息之一 - 开拓性发现,跨学科合作和跨部门合作的例子,正在解决地球面临的一些最大问题。


曼彻斯特市不仅是石墨烯的发源地,也是其国际商业化的中心地位,已经为建立国家石墨烯研究所和石墨烯工程创新中心提供了超过1.2亿英镑的资金。这些卓越中心,以及大学雄心勃勃的新工程园区和位于曼彻斯特的亨利罗伊斯研究所,将为石墨烯城市的愿景做出贡献 - 石墨烯城市是一个领先的二维材料科学家和工程师社区,它本身将成为全球灯塔,吸引投资和来自全球的创新者。