Brug for mere energilagring? Bare tryk på print

Forskere fra Drexel University og Trinity College i Irland, har skabt blæk til en inkjetprinter fra en meget ledende type todimensionalt materiale kaldet MXene. Nylige fund, udgivet i Naturkommunikation , foreslå, at blækket kan bruges til at udskrive fleksible energilagringskomponenter, såsom superkondensatorer, i enhver størrelse eller form.

Ledende blæk har eksisteret i næsten et årti, og de repræsenterer et marked på flere hundrede millioner dollars, der forventes at vokse hurtigt i det næste årti. Det bruges allerede til at lave radiofrekvensidentifikationsmærkerne, der bruges i vejafgifter til transponder, printkort i bærbar elektronik, og det fører bilruder som indlejrede radioantenner og til at hjælpe med afrimning. Men for teknologien at se bredere brug, ledende blæk skal blive mere ledende og lettere påføres på en række overflader.

Yury Gogotsi, Ph.d., Fremtrædende universitet og Bach -professor i Drexel's Engineering College, Institut for Materialevidenskab og Teknik, der studerer anvendelsen af ​​nye materialer inden for teknologi, antyder, at blækket, der er skabt i Drexels Nanomaterials Institute, er et betydeligt fremskridt på begge disse fronter.

"Indtil videre er der kun opnået en begrænset succes med ledende blæk i både finopløsning og højopladningsenheder, "Gogotsi sagde." Men vores fund viser, at alle-MXene-trykte mikro-superkapacitorer, lavet med en avanceret inkjetprinter, er en størrelsesorden større end eksisterende energilagringsenheder fremstillet af andre ledende trykfarver. "

Mens forskere støt og roligt finder ud af måder at lave blæk fra nye, mere ledende materialer, som nanopartikelsølv, grafen og gallium, udfordringen er stadig at integrere dem problemfrit i fremstillingsprocesser. De fleste af disse blæk kan ikke bruges i en et-trins proces, ifølge Babak Anasori, Ph.d., en forskningsassistent professor i Drexels afdeling for materialevidenskab og teknik og medforfatter af MXene blækforskningen.

"For de fleste andre nano -blæk, et tilsætningsstof er påkrævet for at holde partiklerne sammen og muliggøre udskrivning i høj kvalitet. På grund af dette, efter udskrivning, et yderligere trin er påkrævet - normalt en termisk eller kemisk behandling - for at fjerne dette tilsætningsstof, "Anasori sagde." Til MXene -udskrivning, vi bruger kun MXene i vand eller MXene i en organisk opløsning til fremstilling af blækket. Det betyder, at det kan tørre uden yderligere trin. "

MXener er en type kulstofbaserede, todimensionale lagdelte materialer, oprettet på Drexel i 2011, der har den unikke evne til at blande sig med væsker, som vand og andre organiske opløsningsmidler, samtidig med at de bevarer deres ledende egenskaber. På grund af dette, Drexel -forskere har produceret og testet det i en række forskellige former, fra ledende ler til en belægning til elektromagnetisk interferensafskærmning til en næsten usynlig trådløs antenne.

Justering af koncentrationen for at skabe blæk til brug i en kommerciel printer var et spørgsmål om tid og iteration. Opløsningsmidlet og MXene -koncentrationen i blækket kan justeres, så det passer til forskellige slags printere.

"Hvis vi virkelig vil udnytte enhver teknologi i stor skala og have den klar til offentlig brug, det skal blive meget enkelt og udført på et trin, "Anasori sagde." En inkjetprinter kan findes i stort set alle hus, så vi vidste, om vi kunne lave det rigtige blæk, det ville være muligt, at enhver kunne lave fremtidens elektronik og enheder. "

Som en del af undersøgelsen, Drexel -teamet, arbejder med forskere på Trinity College, der er eksperter i trykning, afprøve MXene -blækket i en række udskrifter, herunder et enkelt kredsløb, en mirco-superkondensator og noget tekst, på underlag lige fra papir til plast til glas. Derved, de fandt ud af, at de kunne udskrive linjer med ensartet tykkelse, og at blækkets evne til at passere en elektrisk strøm varierede med dens tykkelse - begge vigtige faktorer ved fremstilling af elektronikkomponenter. Og udskrifterne bevarede deres overlegne elektriske ledningsevne, som er den højeste blandt alle kulstofbaserede ledende blæk, herunder carbon nanorør og grafen.

Alt dette udgør et meget alsidigt produkt til fremstilling af de små komponenter, der udfører vigtige, men ofte overset funktioner i vores elektroniske enheder - job som at holde strømmen på, når batteriet dør, forhindre skadelige elektriske overspændinger, eller fremskynde opladningsprocessen. Levering af et materiale med højere ydeevne og en ny måde at bygge ting på med det kan ikke kun føre til forbedringer af vores nuværende enheder, men også oprettelsen af ​​helt nye teknologier.

"Sammenlignet med konventionelle fremstillingsprotokoller, direkte blækudskrivningsteknikker, såsom inkjetudskrivning og ekstruderingstryk, tillade digital og additiv mønster, tilpasning, reduktion af materialeaffald, skalerbarhed og hurtig produktion, "Anasori sagde." Nu hvor vi har produceret et MXene -blæk, der kan påføres via denne teknik, vi ser på en verden af ​​nye muligheder for at bruge det. "