Driedimensionaal (3D) printen, ook wel additieve productie genoemd, heeft zich ontwikkeld tot een krachtige technologie voor het met hoge precisie vervaardigen van complexe structuren. De ontwikkeling van geschikte inkten voor het 3D-printen van tweedimensionale (2D) materialen, zoals grafeen en overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD's), was echter een uitdaging. Deze materialen zijn vaak gevoelig voor agglomeratie en slechte dispersie in oplosmiddelen, waardoor het moeilijk wordt om uniforme en stabiele inkten te verkrijgen.

Om deze uitdagingen aan te pakken, hebben onderzoekers verschillende strategieën onderzocht om op 3D-printbare, op 2D-materialen gebaseerde inkten te ontwerpen. Eén veel voorkomende aanpak omvat hetfunctionaliseren van de 2D-materialen met geschikte liganden of polymeren om hun dispersie en stabiliteit in oplosmiddelen te verbeteren. Grafeenoxide (GO) kan bijvoorbeeld worden gefunctionaliseerd met zuurstofhoudende groepen om GO-dispersies te vormen die direct kunnen worden gebruikt voor 3D-printen. Op dezelfde manier kunnen TMD's worden gefunctionaliseerd met organische liganden om hun compatibiliteit met oplosmiddelen te verbeteren en agglomeratie te voorkomen.

Een andere strategie voor het ontwikkelen van op 3D-printbare 2D-materialen gebaseerde inkten is het gebruik van composietmaterialen. Bij deze aanpak worden 2D-materialen gecombineerd met andere materialen, zoals polymeren, metalen of keramiek, om samengestelde inkten te creëren met verbeterde printbaarheid en prestaties. Grafeen-polymeercomposieten hebben bijvoorbeeld veelbelovende resultaten laten zien voor het 3D-printen van geleidende en multifunctionele structuren.

Op het gebied van energieopslagtoepassingen bieden 3D-printbare, op 2D-materialen gebaseerde inkten verschillende voordelen. Ten eerste kunnen deze inkten worden gebruikt om elektroden met een groot oppervlak te vervaardigen met op maat gemaakte architecturen, die de elektrochemische prestaties van energieopslagapparaten kunnen verbeteren. Ten tweede maakt het vermogen om de inktsamenstelling en -afzetting nauwkeurig te controleren de optimalisatie van elektrode-eigenschappen mogelijk, zoals porositeit, geleidbaarheid en mechanische sterkte. Ten derde maakt 3D-printen de fabricage mogelijk van complexe elektrodestructuren, zoals in elkaar grijpende elektroden of hiërarchische architecturen, die de prestaties van de energieopslag verder kunnen verbeteren.

Over het geheel genomen bieden 3D-printbare, op 2D-materialen gebaseerde inkten een groot potentieel voor het bevorderen van de ontwikkeling van hoogwaardige energieopslagapparaten. Deze inkten maken de fabricage mogelijk van complexe elektrodestructuren met op maat gemaakte eigenschappen, die de energieopslagcapaciteit, de vermogensdichtheid en de cyclusstabiliteit van batterijen, supercondensatoren en andere elektrochemische apparaten aanzienlijk kunnen verbeteren.