Ricercatori della Drexel University e del Trinity College in Irlanda, hanno creato l'inchiostro per una stampante a getto d'inchiostro da un tipo di materiale bidimensionale altamente conduttivo chiamato MXene. Recenti scoperte, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , suggeriscono che l'inchiostro può essere utilizzato per stampare componenti flessibili per l'accumulo di energia, come supercondensatori, in qualsiasi dimensione o forma.

Gli inchiostri conduttivi sono in circolazione da quasi un decennio e rappresentano un mercato da centinaia di milioni di dollari che si prevede crescerà rapidamente nel prossimo decennio. È già utilizzato per realizzare i tag di identificazione a radiofrequenza utilizzati nei transponder dei pedaggi autostradali, circuiti stampati nell'elettronica portatile e riveste i finestrini delle auto come antenne radio incorporate e per aiutare lo sbrinamento. Ma affinché la tecnologia veda un uso più ampio, gli inchiostri conduttivi devono diventare più conduttivi e più facilmente applicabili su una vasta gamma di superfici.

Yury Gogotsi, dottorato di ricerca, Distinguished University e professore di Bach al Drexel's College of Engineering, Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, che studia le applicazioni dei nuovi materiali nella tecnologia, suggerisce che l'inchiostro creato nel Nanomaterials Institute di Drexel rappresenta un progresso significativo su entrambi questi fronti.

"Finora è stato ottenuto solo un successo limitato con gli inchiostri conduttivi sia nella stampa ad alta risoluzione che nei dispositivi di archiviazione ad alta carica, " ha detto Gogotsi. "Ma i nostri risultati mostrano che tutti i micro-supercondensatori stampati in MXene, realizzato con una stampante a getto d'inchiostro avanzata, sono un ordine di grandezza maggiore dei dispositivi di accumulo di energia esistenti realizzati con altri inchiostri conduttivi."

Mentre i ricercatori stanno costantemente escogitando modi per creare inchiostri da nuovi, materiali più conduttivi, come nanoparticelle d'argento, grafene e gallio, la sfida rimane integrarli perfettamente nei processi di produzione. La maggior parte di questi inchiostri non può essere utilizzata in un processo in un'unica fase, secondo Babak Anasori, dottorato di ricerca, un professore assistente di ricerca nel dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali di Drexel e coautore della ricerca sugli inchiostri MXene.

"Per la maggior parte degli altri inchiostri nano, è necessario un additivo per tenere insieme le particelle e consentire una stampa di alta qualità. A causa di ciò, dopo la stampa, è necessario un passaggio aggiuntivo, di solito un trattamento termico o chimico, per rimuovere tale additivo, " ha detto Anasori. "Per la stampa MXene, usiamo solo MXene in acqua o MXene in una soluzione organica per produrre l'inchiostro. Ciò significa che può asciugare senza ulteriori passaggi".

Gli MXene sono un tipo di a base di carbonio, materiali stratificati bidimensionali, creato a Drexel nel 2011, che hanno la capacità unica di mescolarsi con i liquidi, come acqua e altri solventi organici, pur mantenendo le loro proprietà conduttive. A causa di ciò, I ricercatori Drexel lo hanno prodotto e testato in una varietà di forme, dall'argilla conduttiva a un rivestimento per la schermatura delle interferenze elettromagnetiche a un'antenna wireless quasi invisibile.

La regolazione della concentrazione per creare inchiostro da utilizzare in una stampante commerciale era una questione di tempo e di iterazioni. La concentrazione di solvente e MXene nell'inchiostro può essere regolata per adattarsi a diversi tipi di stampanti.

"Se vogliamo davvero sfruttare qualsiasi tecnologia su larga scala e renderla pronta per l'uso pubblico, deve diventare molto semplice e farlo in un solo passaggio, " ha detto Anasori. "Una stampante a getto d'inchiostro può essere trovata in quasi tutte le case, quindi sapevamo se potevamo fare l'inchiostro giusto, sarebbe fattibile che chiunque potesse realizzare dispositivi elettronici e dispositivi futuri."

Nell'ambito dello studio, il team Drexel, lavorando con i ricercatori del Trinity College, che sono esperti nella stampa, mettere alla prova l'inchiostro MXene in una serie di stampe, compreso un semplice circuito, un micro-supercondensatore e del testo, su supporti che vanno dalla carta alla plastica al vetro. Così facendo, hanno scoperto che potevano stampare linee di spessore costante e che la capacità dell'inchiostro di far passare una corrente elettrica variava con il suo spessore, entrambi fattori importanti nella produzione di componenti elettronici. E le stampe hanno mantenuto la loro conduttività elettrica superiore, che è il più alto tra tutti gli inchiostri conduttivi a base di carbonio, compresi i nanotubi di carbonio e il grafene.

Tutto ciò si traduce in un prodotto molto versatile per rendere importanti i piccoli componenti che svolgono ma funzioni spesso trascurate nei nostri dispositivi elettronici, lavori come mantenere l'alimentazione accesa quando la batteria si scarica, prevenire dannose sovratensioni elettriche, o accelerare il processo di ricarica. Fornire un materiale più performante e un nuovo modo di costruire cose con esso potrebbe portare non solo a miglioramenti ai nostri dispositivi attuali, ma anche la creazione di tecnologie completamente nuove.

"Rispetto ai protocolli di produzione convenzionali, tecniche di stampa a inchiostro diretto, come la stampa a getto d'inchiostro e la stampa per estrusione, consentire il patterning digitale e additivo, personalizzazione, riduzione degli sprechi di materiale, scalabilità e produzione rapida, " ha detto Anasori. "Ora che abbiamo prodotto un inchiostro MXene che può essere applicato con questa tecnica, stiamo guardando a un mondo di nuove opportunità per usarlo."