Pour la première fois, une équipe de chercheurs, de la School of Materials et du National Graphene Institute de l'Université de Manchester ont formulé des encres en utilisant le matériau 2-D MXene, pour produire des électrodes interdigitées imprimées en 3D.

Tel que publié dans Matériaux avancés , ces encres ont été utilisées pour imprimer en 3D des électrodes pouvant être utilisées dans des dispositifs de stockage d'énergie tels que des supercondensateurs.

MXene, un matériau bidimensionnel « semblable à de l'argile » composé de métaux de transition précoces (comme le titane) et d'atomes de carbone, a d'abord été développé par l'Université Drexel. Cependant, contrairement à la plupart des argiles, Le MXene présente une conductivité électrique élevée lors du séchage et est hydrophile, leur permettant d'être facilement dispersés dans des suspensions aqueuses et des encres.

Le graphène a été le premier matériau bidimensionnel au monde, plus conducteur que le cuivre, beaucoup plus fort que l'acier, souple, transparent et un million de fois plus fin que le diamètre d'un cheveu humain.

Depuis son isolement, le graphène a ouvert les portes à l'exploration d'autres matériaux bidimensionnels, chacun avec une gamme de propriétés différentes. Cependant, afin de profiter de ces propriétés uniques, Les matériaux 2D doivent être intégrés efficacement dans les appareils et les structures. L'approche de fabrication et les formulations des matériaux sont essentielles pour y parvenir.

Le Dr Suelen Barg, qui a dirigé l'équipe, a déclaré :« Nous démontrons que de gros flocons de MXene couvrant quelques atomes d'épaisseur, et l'eau peut être utilisée indépendamment pour formuler des encres avec un comportement viscoélastique très spécifique pour l'impression. Ces encres peuvent être directement imprimées en 3D dans des architectures autonomes de plus de 20 couches de hauteur. En raison de l'excellente conductivité électrique du MXene, nous pouvons utiliser nos encres pour imprimer directement en 3D des supercondensateurs sans collecteur de courant. Les propriétés rhéologiques uniques combinées à la durabilité de l'approche ouvrent de nombreuses opportunités à explorer, en particulier dans le stockage d'énergie et les applications nécessitant les propriétés fonctionnelles du 2-D MXene dans des architectures 3-D personnalisées."

Wenji et Jae, doctorat étudiants du Nano3D Lab de l'Université, a déclaré : « La fabrication additive offre une méthode possible de construction personnalisée, dispositifs énergétiques multi-matériaux, démontrant la capacité de saisir le potentiel d'utilisation du MXene dans les applications énergétiques. Nous espérons que cette recherche ouvrira des voies pour libérer pleinement le potentiel de MXene pour une utilisation dans ce domaine. »

« Les propriétés rhéologiques uniques combinées à la durabilité de l'approche ouvrent de nombreuses opportunités à explorer, en particulier dans le stockage d'énergie et les applications nécessitant les propriétés fonctionnelles du 2-D MXene dans des architectures 3-D personnalisées, " a déclaré le Dr Suelen Barg, École des matériaux.

Les performances et l'application de ces dispositifs reposent de plus en plus sur le développement et la fabrication évolutive de matériaux innovants afin d'améliorer leurs performances.

Les supercondensateurs sont des appareils capables de produire des quantités massives d'énergie tout en utilisant beaucoup moins d'énergie que les appareils conventionnels. De nombreux travaux ont été réalisés sur l'utilisation de matériaux 2D dans ces types d'appareils en raison de leur excellente conductivité et de leur potentiel de réduction du poids de l'appareil.

Les utilisations potentielles de ces dispositifs sont pour l'industrie automobile, comme dans les voitures électriques ainsi que pour les téléphones portables et autres appareils électroniques.