增加3 d印刷MXene气凝胶的性能

3 d气凝胶由2 d MXenes最近成为研究焦点由于其属性,性能,易于加工。一篇论文发表在先进材料欧洲杯足球竞彩探讨了创建3 d印刷MXene气凝胶与增强电化学和电气性能。

研究:3 d印制MXene气凝胶与真正的3 d宏观结构和高度增强的电气工程结构和电化学性能。图片来源:Alex_Traksel / Shutterstock.com

气凝胶是什么?

气凝胶是多孔的三维结构,具有低密度。这类材料是科学上已知最轻的固体材料,由近100%的空气。欧洲杯线上买球气凝胶,天然气取代液体分子在凝胶内不会造成凝胶结构崩溃。

这些超轻,坚固、刚性和干燥材料优越的电气和热绝缘体。欧洲杯足球竞彩然而,他们是可怜的辐射绝缘体。常见的气凝胶材料是硅、碳和金属欧洲杯足球竞彩氧化物。

一)图表3 dfp过程用于制造3 d Ti₃C₂T_x气凝胶。MXene油墨沉积形成的球形液滴冻结衬底。刚把墨水造成的部分熔融(N + 1)层确保连续层的良好结合。冻结的存款墨水,冰晶增长从下到上,导致垂直对齐的孔隙度和MXene片。b)照片显示3 d印刷MXene气凝胶拥有各种几何常数截面。c)照片显示3 d印刷超轻气凝胶站在一朵花。d)照片显示的步骤制作真正的3 d MXene气凝胶与过剩的桁架结构。图片来源:Tetik H et al .,先进材料欧洲杯足球竞彩

气凝胶结构强劲但容易粉碎在极端的压力下。气凝胶的承载能力是由于他们的树突微结构。这种结构组成的集群的球形纳米粒子的尺寸范围(2 - 5海里),可以在生产过程中控制。欧洲杯猜球平台气凝胶通常使用溶胶-凝胶过程产生。

MXenes是什么?

MXenes先进的二维材料由过渡金属碳化物、氮化物、碳氮化物是由选择性蚀欧洲杯足球竞彩刻层的金属原子从相应的最高阶段。MXenes显示增强属性,如亲水性和优良的导电性。然而,就像其它二维材料,MXenes有一些缺点。欧洲杯足球竞彩他们倾向于聚合和操控装配期间,限制他们的表现。

为了克服这些问题,提出了许多方法来将2 d MXenes组装成三维结构。这些宏观结构有几个有用的观察到的属性如一个大的表面积,高水平的孔隙度,具有超轻的特点。

最常见的研究MXene, Ti₃C₂T_x,是由选择性蚀刻铝原子从MXenes马克斯阶段。三维结构由这个MXene及其复合材料已经探索了使用如电化学储能、水/油分离、传感器、太阳能海水淡化过程,和电磁干扰屏蔽。

准备和印刷3 d MXene气凝胶

3 d MXene宏观结构由Ti₃C₂T_x一直是准备使用单向冻结铸造(生)方法。单向温度梯度是在这个方法适用于冷冻凝胶或解决方案的准备材料,造成冰晶形成表面上。这些增长沿着温度梯度,床单的紧密,高度有序和持续MXenes驱逐的冰晶。

然而,虽然这个方法创建3 d MXene气凝胶与高度有序的微观结构,它有一些缺点。mold-based制造过程,它不能创建复杂工程纳米结构的多孔体。为了克服这个问题,extrusion-based 3 d打印然后其次是终极格斗冠军赛提出,而捏造下令蜂窝似的微孔3 d体系结构与电化学性能优越,抗变形。

机械和电气性能3 dfp MXene气凝胶。一)应力-应变图后气凝胶具有不同密度的单轴压缩测试高达50%压缩应变。b)压缩应力-应变曲线的多周期的增加应变振幅的印刷MXene气凝胶(ρ= 15.69毫克厘米⁻³)。c)应力-应变曲线50装卸循环应变10%(ρ= 15.69毫克厘米⁻³)。d)Ti的电流-电压曲线₃C₂T_x气凝胶具有不同密度与冻结方向平行。e)Ti的电流-电压曲线₃C₂T_x气凝胶具有不同密度垂直于冻结的方向。箭头的插图(d)和(e)表明冻结方向。f)反应气凝胶抗压缩10%应变连续10个周期(ρ= 15.69毫克厘米⁻³)。g)冻结3 d印刷MXene气凝胶渗透在PDMS弹性体。h)冻结反应电阻的3 d打印气凝胶渗透在PDMS应用10%的张力。图片来源:Tetik H et al .,先进材料欧洲杯足球竞彩

尽管extrusion-printed MXene气凝胶证明优于mold-fabricated同行,挤压3 d印刷过程中仍存在局限性。挑战存在于制造真正的3 d结构改变横截面几何形状和过剩功能没有耗时的后处理。控制MXene表处理期间的方向是一个额外的挑战。

改进3 d印刷气凝胶的性质

这项研究发表在先进材料欧洲杯足球竞彩冻结证明小说制造过程称为3 d印刷、喷墨打印和单向冻结铸造相结合。通过使用一滴一滴地印刷,印刷的宏观和微观结构的3 d MXene气凝胶可以定制。该方法可以使用水以冰的形式作为辅助材料,不像挤压3 d打印,不需要剪切稀化墨水。真正的3 d结构过剩的特征是编造的。

研究印刷气凝胶的电气特征,机械和电化学性能。这是用于探索潜在的用于许多应用,如可穿戴电子设备、micro-supercapacitors,压阻传感器。

与工程团队印刷all-MXene micro-supercapacitors微观结构。这些MXene床单从水平和垂直方向上一致,证明表的重要性排列为提高micro-supercapacitor设备的电化学性能。垂直对齐的表扫描率和改善性能提供了增强的离子传输,而横向对齐表改进设备的导电性。

电化学性能3 dfp MXene-based MSC。一)MSC-2H-1V简历在不同扫描速率。b, c)简历曲线10 mV⁻¹和区域不同3 dfp MSC设备的电容。d)重量的电容MXene-based MSC与不同MXene-based电影有不同的厚度和床单对齐。e)尼奎斯特图对不同MXene msc在0 V与开路电位。插图显示的奈奎斯特图MSC-5H MSC-1H-5V。f)Ragone 3 dfp Ti的情节₃C₂T_x基于msc与其他报道值比较。图片来源:Tetik H et al .,先进材料欧洲杯足球竞彩

未来

研究结果表明,3 d打印三维MXene气凝胶是一系列有吸引力的候选人创新应用在多个行业,如micro-supercapacitors、能源存储设备,可穿戴的和灵活的技术,如智能传感器。他们是一个低成本、简单的、可定制的和直接的解决方案,可用于制造电极设计,定制的微观和宏观结构。

进一步的阅读

Tetik H et al。(2021)3 d印制MXene气凝胶与真正的3 d宏观结构和高度增强的电气工程结构和电化学性能(在线)先进材料欧洲杯足球竞彩2104980 | onlinelibrary.wiley.com。可以在:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202104980

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