Des chercheurs de l'Université Drexel et du Trinity College en Irlande, ont créé de l'encre pour une imprimante à jet d'encre à partir d'un type de matériau bidimensionnel hautement conducteur appelé MXene. Des découvertes récentes, Publié dans Communication Nature , suggèrent que l'encre peut être utilisée pour imprimer des composants de stockage d'énergie flexibles, comme les supercondensateurs, dans n'importe quelle taille ou forme.

Les encres conductrices existent depuis près d'une décennie et elles représentent un marché de plusieurs centaines de millions de dollars qui devrait croître rapidement au cours de la prochaine décennie. Il est déjà utilisé pour fabriquer les étiquettes d'identification par radiofréquence utilisées dans les transpondeurs de péage autoroutier, circuits imprimés dans l'électronique portable et il recouvre les vitres des voitures en tant qu'antennes radio intégrées et pour faciliter le dégivrage. Mais pour que la technologie soit plus largement utilisée, les encres conductrices doivent devenir plus conductrices et plus faciles à appliquer sur une gamme de surfaces.

Youri Gogotsi, Doctorat., Distingué Université et professeur Bach au Drexel's College of Engineering, Département de science et génie des matériaux, qui étudie les applications des nouveaux matériaux en technologie, suggère que l'encre créée à l'Institut des nanomatériaux de Drexel est une avancée significative sur ces deux fronts.

"Jusqu'à présent, seul un succès limité a été obtenu avec les encres conductrices dans l'impression à haute résolution et les dispositifs de stockage à charge élevée, ", a déclaré Gogotsi. "Mais nos résultats montrent que des micro-supercondensateurs imprimés entièrement en MXene, réalisé avec une imprimante jet d'encre avancée, sont d'un ordre de grandeur supérieur aux dispositifs de stockage d'énergie existants fabriqués à partir d'autres encres conductrices."

Alors que les chercheurs cherchent constamment des moyens de fabriquer des encres à partir de nouvelles, des matériaux plus conducteurs, comme les nanoparticules d'argent, graphène et gallium, le défi reste de les intégrer de manière transparente dans les processus de fabrication. La plupart de ces encres ne peuvent pas être utilisées dans un processus en une seule étape, selon Babak Anasori, Doctorat., professeur adjoint de recherche au département de science et d'ingénierie des matériaux de Drexel et co-auteur de la recherche sur l'encre MXene.

"Pour la plupart des autres encres nano, un additif est nécessaire pour maintenir les particules ensemble et permettre une impression de haute qualité. À cause de ce, après impression, une étape supplémentaire est nécessaire, généralement un traitement thermique ou chimique, pour éliminer cet additif, " dit Anasori. " Pour l'impression MXene, nous n'utilisons que du MXene dans l'eau ou du MXene dans une solution organique pour fabriquer l'encre. Cela signifie qu'il peut sécher sans aucune étape supplémentaire."

Les MXenes sont un type de carbone, matériaux stratifiés bidimensionnels, créé chez Drexel en 2011, qui ont la capacité unique de se mélanger avec des liquides, comme l'eau et d'autres solvants organiques, tout en conservant leurs propriétés conductrices. À cause de ce, Les chercheurs de Drexel l'ont produit et testé sous diverses formes, de l'argile conductrice à un revêtement pour le blindage contre les interférences électromagnétiques à une antenne sans fil presque invisible.

L'ajustement de la concentration pour créer de l'encre à utiliser dans une imprimante commerciale était une question de temps et d'itération. La concentration de solvant et de MXene dans l'encre peut être ajustée pour s'adapter à différents types d'imprimantes.

« Si nous voulons vraiment tirer parti d'une technologie à grande échelle et la préparer à un usage public, il doit devenir très simple et fait en une seule étape, " a déclaré Anasori. " Une imprimante à jet d'encre peut être trouvée dans à peu près chaque maison, donc nous savions si nous pouvions faire la bonne encre, il serait possible que n'importe qui puisse fabriquer de futurs appareils et appareils électroniques."

Dans le cadre de l'étude, l'équipe Drexel, travailler avec des chercheurs du Trinity College, qui sont des experts en impression, tester l'encre MXene dans une série d'impressions, comprenant un circuit simple, un micro-supercondensateur et du texte, sur des substrats allant du papier au plastique en passant par le verre. Ce faisant, ils ont découvert qu'ils pouvaient imprimer des lignes d'épaisseur constante et que la capacité de l'encre à laisser passer un courant électrique variait avec son épaisseur, deux facteurs importants dans la fabrication de composants électroniques. Et les impressions ont maintenu leur conductivité électrique supérieure, qui est la plus élevée parmi toutes les encres conductrices à base de carbone, y compris les nanotubes de carbone et le graphène.

Tout cela équivaut à un produit très polyvalent pour fabriquer les minuscules composants qui jouent un rôle important, mais des fonctions souvent négligées dans nos appareils électroniques - des tâches telles que le maintien de l'alimentation lorsque la batterie est déchargée, prévenir les surtensions électriques dommageables, ou accélérer le processus de charge. Fournir un matériau plus performant et une nouvelle façon de construire des choses avec cela pourrait conduire non seulement à des améliorations de nos appareils actuels, mais aussi la création de technologies entièrement nouvelles.

« Par rapport aux protocoles de fabrication conventionnels, techniques d'impression directe à l'encre, telles que l'impression à jet d'encre et l'impression par extrusion, permettre la structuration numérique et additive, personnalisation, réduction des déchets de matière, évolutivité et production rapide, " a déclaré Anasori. "Maintenant que nous avons produit une encre MXene qui peut être appliquée via cette technique, nous examinons un monde de nouvelles opportunités pour l'utiliser."