多功能MXene油墨:面向印刷能源及电子器件的新视角

基于功能油墨的先进印刷技术(打印、涂布),能够突破传统制造手段的瓶颈,实现具有复杂结构和特定功能的个性化薄膜及电子器件的快速成型,在可穿戴智能识别、能源存储、电磁屏蔽及吸波、触摸显示等领域展现出巨大的应用前景。印刷先进能源及电子器件的关键在于,开发先进功能油墨材料和与之相匹配的先进印刷技术。2011年发现的MXene材料,是一类由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物所组成的二维大家族的总称,因其卓越的物理和化学性质(如高电导率、出色的亲水性和丰富的表面化学)而受到广泛关注,特别适合作为印刷电子器件的油墨材料。探索MXene油墨的印刷行为特征并厘清MXene油墨在印刷关键环节中的机理,不仅有助于获得高精度的MXene油墨印刷图案,而且可以为印刷多尺度、多材料的多功能薄膜和电子器件打下了坚实基础。本文首先介绍了MXene的制备及其片层胶体的化学稳定性,并对其流变学特性、可打印油墨的形成、油墨印刷行为以及与之适配的打印方法进行了讨论,着眼于MXene油墨在能源、健康监测和传感应用方面的最新进展,分析了该领域面临的挑战和未来的发展方向,为该领域的研究者提供新的视角和启示。

印刷和涂布MXene油墨用于电化学储能器件

人们对电子设备的不断增长的需求促使行业亟需开发新型、低成本和高产量的制造方法。油墨印刷和涂布是一种很有潜力的技术,可规模化制备微型电子器件。然而,功能性油墨的缺乏使得柔性电子的规模化印刷打印受到极大的制约。MXenes,作为一种新型二维材料,由于其出色的化学、电气、光学和机械性能,迅速受到了研究者的极大关注。其丰富的官能团,表面电荷、本征亲水特性使得高浓度的MXene油墨具有优异的胶体稳定性,因此,MXene成为功能性油墨配方的最佳选择。在MXene所报道的电子器件应用中,电化学储能器件是研究最为热门的领域。为此,简要介绍了MXenes及其合成方法之后,讨论了油墨的配方策略,并回顾了一些基于MXenes印刷和涂布构筑高性能电化学储能器件方面的最新工作。为后续MXene用于规模化电化学储能器件的制造提供思路。

MXenes胶体氧化的调控策略及其对超级电容器性能的影响

超级电容器作为能量存储器件,因具有较快的充放电速率、较高的功率密度和长的循环寿命等特点被广泛研究。MXenes因具有高电导率、高电化学活性、易成膜和亲水性等特点而被广泛应用在超级电容器领域,并展示了出色的储能性能。然而其面临着环境敏感、易氧化降解等严峻挑战,生成几乎没有电容量贡献的TiO_(2)等产物,严重阻碍了MXenes基超级电容器的发展。探索MXenes胶体稳定性的优化策略,并实现其稳定性的选择性调控,对提升MXenes在超级电容器及其他不同应用场合的性能具有重要的现实意义。为此本文简要总结了抑制MXenes氧化的策略,提出了稳定性选择性调控的总体方案,探讨了选择性调控对超级电容器性能的影响机制,为制备高性能MXenes基超级电容器提供思路。