Een nieuw hoofdstuk openen in 3D -microprinting met mxene

Het Smart 3D-printonderzoeksteam bij Keri, geleid door Dr. Seol Seung-Kwon, heeft ’s werelds eerste technologie ontwikkeld voor het afdrukken van 3D-microstructuren met hoge resolutie met behulp van MXene, een materiaal dat bekend staat als het droommateriaal.

Het werk is gepubliceerd in het dagboek Klein.

Mxene, voor het eerst ontdekt in de Verenigde Staten in 2011, is een tweedimensionaal nanomateriaal bestaande uit afwisselend metaal- en koolstoflagen. Mxene bezit een hoge elektrische geleidbaarheid en elektromagnetische afschermingsmogelijkheden.

Vanwege de gemakkelijke combinatie met verschillende metalen chemicaliën heeft MXene veel aandacht gekregen in velden zoals zeer efficiënte batterijen en elektromagnetische afscherming.

Het toepassen van mxene op het gebied van 3D -printen vereist echter extra additieven (bindmiddelen), en er is de uitdaging geweest om de optimale inktviscositeit (concentratie) te vinden om afdrukken mogelijk te maken. Met andere woorden, als de hoeveelheid mxene te hoog was, zou de inkt met hoge concentratie het pipetmondstuk verstoppen.

Omgekeerd, als de hoeveelheid mxene aanzienlijk was verminderd, was het een beperking om de gewenste structuren te kunnen afdrukken. Bovendien hadden de additieven ook het nadeel van het beschadigen van de oorspronkelijke eigenschappen van MXene.

Om deze problemen op te lossen, gebruikte het team van Dr. Seol Seung-Kwon hun unieke meniscusmethode. Het meniscuseffect treedt op wanneer een druppel voorzichtig wordt geperst of getrokken met een constante druk, waardoor de druppel een gebogen oppervlak op de buitenwand vormt zonder te barsten als gevolg van capillaire actie.

De onderzoekers van Keri ontwikkelden met succes een 3D-printen nano-inkt door zeer hydrofiel mxene in water te verspreiden zonder het gebruik van een bindmiddel, waardoor het afdrukken van microstructuren met hoge resolutie zelfs met lage viscositeit.

Het principe van afdrukken is eenvoudig. Ten eerste, wanneer de inkt wordt uitgeworpen uit het 3D -printermondstuk, worden nanomaterialen zoals MXene door de meniscus gespoten, die als een kanaal fungeert. Op dit punt verdampt het water (oplosmiddel) snel van het meniscusoppervlak van de inkt, en sterke intermoleculaire krachten (van der Waals -krachten) veroorzaken de nanodeeltjes samen. Door dit proces continu uit te voeren tijdens het verplaatsen van het mondstuk, wordt een geleidende 3D -microstructuur gemaakt.

Deze prestatie werd gedaan door de eigenschappen van MXene te maximaliseren zonder additieven, en de resultaten waren uitstekend. De printresolutie was een indrukwekkende 270 keer hoger dan bestaande technologieën, op 1,3 µm (micrometers), wat ongeveer 1/100ste van de dikte van een menselijk haar is.

De miniaturisatie van 3D -geprinte structuren heeft geleid tot een aanzienlijke verbetering van de prestaties en toepasbaarheid van elektrische en elektronische apparaten. Indien toegepast in velden zoals batterijen en energieopslagapparaten, kan dit het oppervlak en de integratiedichtheid van de structuren vergroten, waardoor de efficiëntie van de ionenoverdracht wordt gemaximaliseerd en de energiedichtheid verhoogt.

Als dit wordt toegepast op het gebied van elektromagnetische afscherming, kan dit de prestaties verbeteren door de interne meerdere reflecties en absorptie -effecten te versterken. Bovendien, wanneer deze technologie wordt toegepast om verschillende sensoren te produceren, kunnen verbeteringen in gevoeligheid en efficiëntie worden verwacht.

Dr. Seol Seung-Kwon verklaarde: “We hebben veel moeite gedaan om de concentratiecondities van MXene-inkt te optimaliseren en de verschillende parameters die tijdens het afdrukproces zouden kunnen optreden nauwkeurig analyseren.”

Hij merkte verder op: “Onze technologie is ’s werelds eerste prestatie die mogelijk het maken van hoogwaardig, zeer nauwkeurige 3D-microstructuren mogelijk maakt door gebruik te maken van de voordelen van MXene zonder dat additieven of nabewerking nodig zijn.”

Keri is van plan om actief bedrijven te zoeken voor de commercialisering van de ontwikkelde technologieën. Bovendien is het doel van Keri om de bijbehorende markt te leiden door gebruik te maken van nano-in-in-in-gebaseerde 3D-printtechnologie, omdat de vraag naar ultra-kleine, flexibele elektronische apparaten die niet worden beperkt door fysieke vormfactoren (vorm-factorvrij) snel toeneemt.