MicroFab Inkjet噴墨打印技術(shù)在助力制備微型超級電容器中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：471　發(fā)布日期：2025-9-4　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院劉婧媛教授團隊研究通過使用MicroFab Jetlab II高精度噴墨打印系統(tǒng)實現(xiàn)了微電極表面形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，成功提高微型超級電容器（MSCs）性能，經(jīng)過 25000 次充電和放電測試后，電容保持率可高達(dá) 99.1%，MSCs 具有 1.6 V的寬電壓窗口、983.9 F cm-3 的體積電容和 342.4 mWh cm-3的能量密度，性能優(yōu)于以前報道的噴墨打印 MSCs，在可穿戴微電子領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。噴墨打印為技術(shù)微電子器件提供更高的性能輸出，助力下一代微電子技術(shù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：噴墨打印、微型超級電容器、可穿戴微電子、3D N-MXene 、復(fù)合材料

▶技術(shù)優(yōu)勢：使用MicroFab Jetlab II高精度噴墨打印系統(tǒng)通過80µm噴頭精確控制材料的沉積，將NM/NC2S、還原氧化石墨烯（rGO）和Ag-NWs墨水按需沉積在聚酯（PET）基材上，然后用聚酰亞胺（PI）薄膜封裝，通過微電極的調(diào)節(jié)實現(xiàn)了噴墨打印混合MSCs。
▶結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：研究探索了一種新穎的 3D N-MXene/NiCo2S4 多孔網(wǎng)絡(luò)，XPS 展示了 Ni原子和 O 原子的新橋接機制，DFT 計算表明，N-MXene 的 O 原子可以從NiCo2S4 的 Ni 原子中捕獲電子，導(dǎo)致 3D N-MXene/NiCo2S4 界面區(qū)域的電荷重新分布，從而增強復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
▶性能優(yōu)異：經(jīng)過 25000 次充電和放電測試后，電容保持率可高達(dá) 99.1%，MSCs 具有 1.6 V的寬電壓窗口、983.9 F cm-3 的體積電容和342.4 mWh cm-3 的能量密度，性能優(yōu)于以前報道的噴墨打印 MSCs，并可集成在柔性電子應(yīng)用中。

▲圖1：用于噴墨打印的3D褶皺N-MXene/NiCo2S4的制造示意圖，以及HMSC的組裝過程

▲圖2：噴墨打印的形狀定制和微電極制備

▲圖3：混合MSCs的實際應(yīng)用

本研究使用MicroFab Jetlab II高精度噴墨打印系統(tǒng)解決復(fù)合材料的沉積問題，成功實現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料的噴墨打印，利用噴墨打印的高精度優(yōu)勢制備了高性能的混合MSCs，通過Ni原子和O原子的新型橋接機制將NiCo2S4錨定在N-MXene上，制備了3D N-MXene/NiCo2S4，顯著提高了HMSC的比電容（983.9 F cm-3）和25000次循環(huán)的穩(wěn)定性（98.0%），在15.4 W cm-3的功率密度下，HMSC的能量密度達(dá)到342.4 mWh cm-3 ，性能優(yōu)于以前報道的噴墨打印 MSCs，在可穿戴微電子領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。噴墨打印為技術(shù)微電子器件提供更高的性能輸出，助力下一代微電子技術(shù)發(fā)展。

參考文獻：
[1] Sun P ,Liu J ,Liu Q , et al. Stable 3D porous N-MXene/NiCo2S4 network with Ni–O atomic bridging for printed hybrid micro-supercapacitors [J]. Chemical Engineering Journal, 2024, 493:152731.

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