基于3D打印技术改善MXene墨水的流变性能和电化学性能

来源：南京林业大学

近日，南京林业大学生物质纳米流体及3D打印课题组在材料领域国际顶级学术期刊Advanced Functional Materials（中文译名《先进功能材料》，影响因子18.808）发表了题为 “3D Printed Ti3C2Tx MXene/Cellulose Nanofiber Architectures for Solid-State Supercapacitors: Ink Rheology, 3D Printability and Electrochemical Performance”的研究论文。博士生周国强为论文第一作者，李美春教授、梅长彤教授为共同通讯作者，南京林业大学为第一完成单位。该成果得到了江苏特聘教授科研启动经费、江苏省自然科学基金、江苏省农业科技自主创新资金、南京林业大学标志性成果培育项目等资助。

直接墨水书写式3D打印技术可将二维MXene纳米片按需定制成复杂的三维结构，然而大多数MXene墨水的流变性能较差，不能满足3D打印的需求，且干燥后的MXene纳米片容易发生自堆叠现象，不利于离子传输和扩散，进而影响3D打印器件的电化学性能。

针对上述问题，李美春教授、梅长彤教授研究团队制备了一系列不同形貌和表面电荷密度的木质纤维素纳米纤维(CNF)，用于改善MXene墨水的流变性能以及抑制MXene纳米片的自堆叠，并结合3D打印和冷冻干燥技术，成功定制了一系列具有高形状保真度和几何精度的3D多孔架构，构建了具备优异电化学性能的固态插式电容器。研究发现，一维CNF与二维MXene之间通过氢键形成了凝胶网络结构，从而使复合墨水具有高屈服应力和动态粘弹性、独特的剪切变稀行为和优异的触变性，赋予了复合墨水优异的3D可打印性。同时，3D打印电极内部具有多层级孔结构，提高了表面积可及性，降低了MXene片层的堆叠，并为离子传输和扩散提供了有效的途径，使3D打印固态插式电容器具备出色的电化学性能。该研究为纳米纤维素的高值化利用及电化学储能器件的个性化定制提供了新的思路。

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202109593