Per la prima volta, un team di ricercatori, della School of Materials e del National Graphene Institute dell'Università di Manchester hanno formulato inchiostri utilizzando il materiale 2-D MXene, per produrre elettrodi interdigitati stampati in 3D.

Come pubblicato in Materiale avanzato , questi inchiostri sono stati utilizzati per stampare elettrodi in 3D che possono essere utilizzati in dispositivi di accumulo di energia come i supercondensatori.

MXene, un materiale bidimensionale "simile all'argilla" composto da metalli di transizione precoci (come il titanio) e atomi di carbonio, è stato sviluppato per la prima volta dalla Drexel University. Però, a differenza della maggior parte delle argille, MXene mostra un'elevata conduttività elettrica dopo l'essiccazione ed è idrofilo, permettendo loro di essere facilmente dispersi in sospensioni acquose e inchiostri.

Il grafene è stato il primo materiale bidimensionale al mondo, più conduttivo del rame, molte più volte più forte dell'acciaio, flessibile, trasparente e un milione di volte più sottile del diametro di un capello umano.

Dal suo isolamento, il grafene ha aperto le porte all'esplorazione di altri materiali bidimensionali, ciascuno con una gamma di proprietà diverse. Però, per poter usufruire di queste proprietà uniche, I materiali 2-D devono essere integrati in modo efficiente in dispositivi e strutture. L'approccio produttivo e le formulazioni dei materiali sono essenziali per realizzare questo.

Il Dr. Suelen Barg, che ha guidato il team, ha dichiarato:"Dimostriamo che grandi fiocchi di MXene si estendono su uno spessore di pochi atomi, e l'acqua può essere utilizzata indipendentemente per formulare inchiostri con un comportamento viscoelastico molto specifico per la stampa. Questi inchiostri possono essere stampati direttamente in 3D in architetture indipendenti di oltre 20 strati di altezza. Grazie all'eccellente conduttività elettrica di MXene, possiamo utilizzare i nostri inchiostri per stampare direttamente in 3D supercondensatori privi di collettore di corrente. Le proprietà reologiche uniche combinate con la sostenibilità dell'approccio aprono molte opportunità per esplorare, soprattutto nell'accumulo di energia e nelle applicazioni che richiedono le proprietà funzionali di MXene 2-D in architetture 3-D personalizzate."

Wenji e Jae, dottorato di ricerca studenti del Nano3D Lab dell'Università, ha dichiarato:"La produzione additiva offre un metodo possibile per costruire su misura, dispositivi energetici multimateriali, dimostrando la capacità di catturare il potenziale di MXene per l'utilizzo in applicazioni energetiche. Speriamo che questa ricerca apra strade per sbloccare completamente il potenziale di MXene per l'uso in questo campo".

"Le proprietà reologiche uniche combinate con la sostenibilità dell'approccio aprono molte opportunità da esplorare, soprattutto nell'accumulo di energia e nelle applicazioni che richiedono le proprietà funzionali di MXene 2-D in architetture 3-D personalizzate, " ha detto il dottor Suelen Barg, Scuola dei Materiali.

Le prestazioni e l'applicazione di questi dispositivi si basano sempre più sullo sviluppo e sulla produzione scalabile di materiali innovativi al fine di migliorarne le prestazioni.

I supercondensatori sono dispositivi in ​​grado di produrre enormi quantità di energia utilizzando molta meno energia rispetto ai dispositivi convenzionali. È stato svolto molto lavoro sull'uso di materiali 2-D in questi tipi di dispositivi grazie alla loro eccellente conduttività e al potenziale per ridurre il peso del dispositivo.

I potenziali usi di questi dispositivi sono per l'industria automobilistica, come nelle auto elettriche così come per i telefoni cellulari e altri dispositivi elettronici.