Voor de eerste keer, een team van onderzoekers, van de School of Materials en het National Graphene Institute van de University of Manchester hebben inkten geformuleerd met behulp van het 2D-materiaal MXene, om 3D-geprinte interdigitale elektroden te produceren.

Zoals gepubliceerd in Geavanceerde materialen , deze inkten zijn gebruikt om elektroden in 3D te printen die kunnen worden gebruikt in apparaten voor energieopslag, zoals supercondensatoren.

MXene, een 'kleiachtig' tweedimensionaal materiaal bestaande uit vroege overgangsmetalen (zoals titanium) en koolstofatomen, werd voor het eerst ontwikkeld door Drexel University. Echter, in tegenstelling tot de meeste kleisoorten, MXene vertoont een hoge elektrische geleidbaarheid bij drogen en is hydrofiel, waardoor ze gemakkelijk kunnen worden gedispergeerd in waterige suspensies en inkten.

Grafeen was 's werelds eerste tweedimensionale materiaal, meer geleidend dan koper, vele malen sterker dan staal, flexibel, transparant en een miljoen keer dunner dan de diameter van een mensenhaar.

Sinds zijn isolement, grafeen heeft de deuren geopend voor de verkenning van andere tweedimensionale materialen, elk met een reeks verschillende eigenschappen. Echter, om gebruik te maken van deze unieke eigenschappen, 2D-materialen moeten efficiënt worden geïntegreerd in apparaten en structuren. De fabricagebenadering en materiaalsamenstellingen zijn essentieel om dit te realiseren.

Dr. Suelen Barg, die het team leidde, zei:"We tonen aan dat grote MXene-vlokken die enkele atomen dik zijn, en water kunnen onafhankelijk worden gebruikt om inkten te formuleren met zeer specifiek visco-elastisch gedrag voor afdrukken. Deze inkten kunnen direct 3D-geprint worden in vrijstaande architecturen van meer dan 20 lagen hoog. Vanwege de uitstekende elektrische geleidbaarheid van MXene, we kunnen onze inkten gebruiken om direct 3D-stroomcollectorvrije supercondensatoren te printen. De unieke reologische eigenschappen in combinatie met de duurzaamheid van de aanpak openen veel mogelijkheden om te verkennen, vooral in energieopslag en toepassingen die de functionele eigenschappen van 2-D MXene vereisen in aangepaste 3D-architecturen."

Wenji en Jae, doctoraat studenten van het Nano3D Lab aan de universiteit, zei:"Additive manufacturing biedt een mogelijke methode om op maat te bouwen, multi-materialen energie apparaten, demonstreert het vermogen om het potentieel van MXene voor gebruik in energietoepassingen te benutten. We hopen dat dit onderzoek wegen zal openen om het potentieel van MXene voor gebruik op dit gebied volledig te ontsluiten."

"De unieke reologische eigenschappen in combinatie met de duurzaamheid van de aanpak openen veel mogelijkheden om te verkennen, vooral in energieopslag en toepassingen die de functionele eigenschappen van 2-D MXene vereisen in aangepaste 3D-architecturen, " zei Dr. Suelen Barg, School voor materialen.

De prestaties en toepassing van deze apparaten zijn in toenemende mate afhankelijk van de ontwikkeling en schaalbare productie van innovatieve materialen om hun prestaties te verbeteren.

Supercondensatoren zijn apparaten die enorme hoeveelheden stroom kunnen produceren terwijl ze veel minder energie verbruiken dan conventionele apparaten. Er is veel werk verricht aan het gebruik van 2D-materialen in dit soort apparaten vanwege hun uitstekende geleidbaarheid en omdat ze het potentieel hebben om het gewicht van het apparaat te verminderen.

Mogelijke toepassingen voor deze apparaten zijn voor de auto-industrie, zoals in elektrische auto's, maar ook voor mobiele telefoons en andere elektronica.