2DM编辑优选:MXene基材料的打印及应用:前沿综述
文章介绍
Xiyue Chen(陈曦玥), Ruxue Yang(杨汝雪) and Xin Wu(吴鑫)
通讯作者:
- 吴鑫,中山大学化学工程与技术学院,广东珠海,wuxin28@mail.sysu.edu.cn
研究背景:
二维材料具有单原子厚度的独特微观结构,这赋予他们非凡的机械、电学、热学和光学性能。因此,二维材料大量应用在储能、环境工程、生物医学、海水淡化、电子和光电子学等领域。新兴的二维材料,包括 MXene,氮化硼、黑磷、过渡金属硫族化物,获得了越来越多的研究关注。二维材料的繁荣发展无疑会促进纳米材料的研究,并对未来技术产生重大影响。
MXene是新兴的二维材料,具有出色的电导率、亲水性、催化性能和光电性质。因此,MXene是制造光电器件、生物传感器、催化剂、超级电容器等功能器件的理想材料。
打印技术为制造基于MXene材料的功能设备提供新的方式。打印技术智能、灵活、具有种类繁多的基底与油墨适配、精准打印高分辨率图案。与传统制造方法相比,打印技术具有许多优点,例如高灵活性,对宏观尺度和微观尺度几何形状的精确控制,无需组装、废料少、环保等。其中喷墨打印技术、墨水直接书写、立体光刻等方法已经成功应用于制造基于MXene材料的器件,展示出新颖有效的组合。此外,丝网印刷和转印也为制基于MXene材料的器件提供了新的解决方案。
研究内容:
本文旨在为读者提供基于MXene材料的打印和应用近期研究进展的最新回顾,重点聚焦于三个部分,即形成可打印的基于MXene的墨水、当前MXene的打印方法以及打印制件的应用。最后,展望了未来的挑战和研究机会,旨在为该领域的研究人员提供有用的信息。
图1 MXene材料的发展历史
第二部分综述制备可打印MXene墨水的相关信息,其中包括MXene油墨的主要组成部分、活性组分(MXene)制备方法、并探讨了目前主要制备方法的优缺点。
图2 液态MXene打印墨水
第三部分总结并讨论了可应用于MXene材料的打印方法,相关的印刷技术包括喷墨印刷、直接墨水书写、丝网印刷、转印和立体光刻。我们总结了这些技术在MXene基材料的应用,及其各自的优点和缺点。
表1 当前主流打印方法对比
第四部分我们回顾了基于MXene的材料打印研究的最新进展以及在储能和传感器中的应用。基于MXene的材料在超级电容器、电池、传感器、催化剂、光电子学等领域具有巨大的应用潜力。印刷技术能够为制造基于MXene的功能器件开辟新时代。随着MXene液体剥离技术的快速发展,以及MXene油墨稳定性和流变性能的提高,打印MXene的应用潜力将被进一步释放。
图3 储能领域应用
图4 传感器领域应用
最后,我们提出了打印MXene基材料这一研究领域的总结与展望。
作者介绍
吴鑫 副教授
中山大学
- 吴鑫,副教授,硕士生导师。主要从事纳米二维材料电化学、3D打印等方面的应用研究工作。目前以第一作者/通讯作者在Small,CARBON, Applied Physics Letters, Journal of Nuclear Materials 等材料化工类著名期刊发表高水平论文30余篇,出版英文专著一部(Springer Theses Award),授权国家发明专利1项。曾获清华大学优秀博士论文一等奖、美国焊接协会A. F. Davis Silver Medal Award。
期刊介绍
- 2022年影响因子:5.5 Citescore:11
- 2D Materials(2DM)是一本重要的高质量交叉学科期刊,将基础研究与迅速发展的新材料及应用汇集在一起。期刊从多学科的视角出发,力争涵盖石墨烯研究的各个方面,及其它二维材料的相关研究。文章内容包括:石墨烯和石墨烯衍生材料;硅和锗/锗烷氮化硼;二维拓扑绝缘子;复合氧化物;复合材料;新型二维分层结构。