Ctrl+P: Печать аккумулятора

Основа чернил, разработанных в сотрудничестве между Университетом Drexel (Филадельфия) и Trinity College (Дублин), — высокопроводящий двухмерный материал под названием MXene, который был изобретен Юрием Гогоци и его коллегами из Drexel в 2011 году. По словам Гогоци, который руководил и данным исследованием, этот материал характеризуется повышенной проводимостью, кроме того он легче наносится на различные поверхности, чем проводящие чернила, которые были разработаны ранее.

MXenes — это семейство двумерных карбидов и нитритов переходных металлов. В более ранней работе Гогоци он производил плоские нанокристаллы путем отшелушивания карбида титана-алюминия, который является типичным членом семейства, демонстрирующим слоистую структуру, известную как фаза МАХ (искусственный класс тугоплавких материалов, обладающих необычным сочетанием химических, физических, электрических и механических свойств, уникальным сочетанием наиболее востребованных свойств металла и керамики).

«До сих пор с проводящими чернилами был достигнут лишь сравнительный успех: как в области печати с высоким разрешением, так и в применении для устройств хранения с высоким зарядом», — говорит Гогоци. «Но наши результаты показывают, что отпечатанные микро-суперконденсаторы, изготовленные из MXene с помощью усовершенствованного струйного принтера, показывают на порядок лучшие результаты, чем существующие устройства накопления энергии, изготовленные из других проводящих чернил».

Основное преимущество MXenes перед чернилами, изготовленными из таких материалов, как наночастицы серебра, графена и галлия, заключается в том, что для обеспечения качества печати не требуется никаких добавок, удерживающих частицы в чернилах. Поскольку MXenes могут смешиваться с жидкостями, такими как вода и органические растворители, сохраняя при этом свои проводящие свойства, не требуется никаких дополнительных обработок для удаления добавок после завершения печати: достаточно обычной просушки.

В статье в Nature Communications Гогоци и его коллеги объясняют, как они работали с экспертами по печати в Trinity College над производством серии распечаток с чернилами из MXene, включая простую схему, микро-суперконденсатор и некоторый текст на подложках из бумаги, пластика и стекла, Они обнаружили, что могут печатать линии постоянной толщины, а способность чернил проводить ток зависит от их толщины. Все распечатки сохраняли электрическую проводимость выше, чем чернила, содержащие углеродные нанотрубки и графен. Они утверждают, что это означает, что такие чернила можно использовать для компонентов, которые поддерживали бы работу электронных устройств, когда батарея садится, обеспечивая защиту от скачков напряжения и ускоряя процесс зарядки. Также могут быть возможны абсолютно новые технологии.

Смотрите, как это работает (на контуре, нарисованном чернилами, находится диод, который загорается при замыкании цепи):

Simple Circuit Drawn with Ti3C2 MXene Conductive Ink from College of Engineering on Vimeo.

«По сравнению с обычными производственными протоколами, технологии прямой струйной печати позволяют создавать цифровые и аддитивные узоры, настраивать их, сокращать количество отходов материала, масштабировать и ускорять производство», — говорит Бабак Анасори, соавтор исследования по чернилам MXene. «Теперь, когда мы выпустили чернила MXene, которые можно наносить с помощью этой технологии, мы ищем мир новых возможностей ее использования».

Источник