一种水系MXene喷墨打印导电墨水及其制备方法、应用技术

本申请公开了一种水系MXene喷墨打印导电墨水及其制备方法、应用，所述MXene导电墨水包括MXene纳米片、助剂和水。本申请提供的墨水使用水为溶剂，对环境友好，具有广泛的市场应用前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
[0013]在式Ⅰ中，M选自Mo、Nb、V、Ti中的任一种；
[0014]在式Ⅱ中，B选自Ti、Zr中的任一种；
[0015]T
x
代表少层MXene纳米片上的终止官能团；所述终止官能团选自氟、羧基、羟基中的至少一种。
[0016]具体地，本申请中制备得到的少层MXene纳米片上的终止官能团来自刻蚀剂LiF及H2O。
[0017]可选地，所述少层MXene纳米片选自少层Ti3C2T
x MXene纳米片、少层Mo2CT
x MXene纳米片、少层Nb2CT
x MXene纳米片、少层V2CT
x MXene纳米片、少层Ti2CT
x MXene纳米片中的至少一种。
[0018]根据本申请的另一方面，还提供了一种上述MXene导电墨水的制备方法，所述方法至少包括：所述MXene导电墨水经含有MXene纳米片的分散液和助剂混合配置而成；
[0019]所述分散液包括分散剂；所述分散剂选自水。
[0020]可选地，所述MXene导电墨水经含有MXene纳米片的分散液、导电剂和助剂混合配置而成；
[0021]其中，含有MXene纳米片的分散液、导电剂和助剂的体积比为50～70：0.5～8:30～50。
[0022]可选地，所述含有MXene纳米片的分散液的浓度为10～30mg mL-1
。
[0023]可选地，所述含有MXene纳米片的分散液的浓度上限独立地选自30mg mL-1
、25mg mL-1
、20mg mL-1
、15mg mL-1
，下限独立地选自25mg mL-1
、20mg mL-1
、15mg mL-1
、10mg mL-1
。
[0024]可选地，所述MXene导电墨水的制备包括以下步骤：
[0025](a)通过刻蚀法制备少层MXene纳米片溶液；
[0026](b)将所述MXene调节表面张力与粘度，获得可用于喷墨打印的导电墨水；
[0027](c)将所述墨水利用压电原理打印机在衬底上打印。
[0028]具体地，所述MXene导电墨水的制备包括：将0.5～1.5g LiF加入10～30mL 9mol L-1
HCl溶液中，搅拌至溶解，将0.5～1.5g MXene纳米片前驱体缓慢加入上述刻蚀液，25～35℃下搅拌24～48h，然后将其离心并用去离子水洗涤至中性，转速为3000～3500rpm，将所述纳米片在水中剧烈振荡，然后进行离心，转速为1000～1500rpm，将上层溶液再次进行离心，转速为3000～3500rpm，所得下层沉淀分散于1.5～3.0mL水中，进行剧烈振荡，得到少层MXene纳米片溶液，浓度为5～30mg mL-1
。将MXene在冰水浴中超声30～60min，功率为80～100W，然而用0.22～1.0μm滤头过滤，在过滤液中加入0.6～1.0mL导电剂，0.1～0.15mL助剂，所得混合液进行超声处理10～20min，超声功率80～100W，再次利用0.22～1.0μm滤头过滤，获得水系MXene喷墨打印墨水。
[0029]可选地，导电墨水过滤滤膜孔径为0.22～1.0μm。
[0030]可选地，所述含有MXene纳米片的分散液的获得至少包括以下步骤：
[0031](1)将含有HF的溶液与MXene纳米片前驱体混合，反应，得到MXene纳米片；
[0032](2)向所述MXene纳米片中加水，即可得到所述含有MXene纳米片的分散液；
[0033]所述MXene纳米片前驱体选自具有式I-1所示化合物、式II-1所示化合物中的至少一种；
[0034]M2AC
ꢀꢀꢀ
式I-1
[0035]B3AC2ꢀꢀꢀ
式II-1
[0036]其中，A选自Al、Ga中的任一种。
[0037]可选地，在所述步骤(1)中，所述反应的条件为：反应温度为25～35℃；反应时间为24～48h。
[0038]可选地，可由LiF和HCL溶液发生反应制备得到HF溶液。
[0039]作为一种具体地实施方式，本申请中MXene导电墨水的制备包括以下步骤：a)获得少层高浓度MXene纳米片溶液；b)将所述纳米片与导电添加剂、助剂(表面张力及粘度调节剂)超声混合得到打印墨水。
[0040]本申请提供的墨水与其他MXene喷墨打印墨水相比，环境友好，易于规模化生产；并且所制备的喷墨打印墨水具有优异的导电性，打印图案实现多样化，打印厚度通过层数可控。该MXene喷墨打印导电墨水可在导电导热薄膜、集成电路、电化学储能等方面有应用前景。
[0041]根据本申请的第三方面，还提供了一种MXene膜，由上述MXene导电墨水、根据上述方法制备得到的MXene导电墨水中的至少一种制备得到。
[0042]可选地，所述MXene膜的厚度为25～500nm。
[0043]可选地，所述MXene膜的形状选自交叉指型、同心圆型、平行线型中的至少一种。
[0044]可选地，所述交叉指型的长为0.1～100mm；宽为0.1～10mm；指间距为0.1～5mm。
[0045]可选地，所述同心圆型的外径长为0.2～100mm；内径长为0.1～80mm。
[0046]可选地，所述平行线型的长为0.1～100mm；宽为0.1～10mm。
[0047]优选地，所述交叉指长为5-50mm；宽为0.4-5mm；指间距为0.1-2mm；同心圆外径长为5-50mm，内径长为2-25mm；平行线长为5-50mm；宽为0.4-5mm。
[0048]根据本申请的另一方面，还提供了一种上述MXene膜的制备方法，所述方法至少包括：将MXene导电墨水转移至衬底表面，即可得到所述MXene膜。
[0049]可选地，将MXene导电墨水经压电原理的喷墨打印机打印至衬底表面，即可得到所述MXene膜。
[0050]可选地，打印的层数为1～20层。
[0051]可选地，打印的层数上限独立地选自20层、15层、10层、5层、3层，下限独立地选自1层、15层、10层、5层、3层。
[0052]可选地，所述衬底选自平面绝缘衬底；所述平面绝缘衬底选自亚光纸、相纸、A4纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、木头、玻璃、硅片、棉布中的任一种。
[0053]可选地，进行打印时，衬底的温度为30～60℃；施加电压为15～20kV。
[0054]可选地，所述压电原理的喷墨打印机的打印针头开孔数为1～16个。
[0055]可选地，所述打印机为Dimatix-Fujifilm公司的DMP 2800型号打印机。
[0056]根据本申请的另一方面，还提供了一种上述MXene膜、根据上述方法制备得到的MXene膜中的任一种在微型超级电容器、集成电路、电化学储能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系MXene喷墨打印导电墨水，其特征在于，所述MXene导电墨水包括MXene纳米片、助剂和水。2.根据权利要求1所述的MXene导电墨水，其特征在于，所述MXene导电墨水还包括导电剂；优选地，所述导电剂选自聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐、聚3-己基噻吩、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯中的至少一种；优选地，所述助剂选自乙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、松油醇、曲拉通X-100、羧甲基纤维素钠中的至少一种；优选地，所述MXene纳米片选自少层MXene纳米片；所述少层MXene纳米片的层数为1～3层；所述少层MXene纳米片选自具有式Ⅰ所示化学式的少层MXene纳米片、式Ⅱ所示化学式的少层MXene纳米片中的至少一种；M2CT
x 式ⅠB3C2T
x 式Ⅱ在式Ⅰ中，M选自Mo、Nb、V、Ti中的任一种；在式Ⅱ中，B选自Ti、Zr中的任一种；T
x
代表少层MXene纳米片上的终止官能团；所述终止官能团选自氟、羧基、羟基中的至少一种；优选地，所述少层MXene纳米片选自少层Ti3C2T
x
MXene纳米片、少层Mo2CT
x
MXene纳米片、少层Nb2CT
x
MXene纳米片、少层V2CT
x
MXene纳米片、少层Ti2CT
x
MXene纳米片中的至少一种。3.权利要求1或2所述的MXene导电墨水的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括：所述MXene导电墨水经含有MXene纳米片的分散液和助剂混合配置而成；所述分散液包括分散剂；所述分散剂选自水。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括：所述MXene导电墨水经含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠帅，郑双好，马佳鑫，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：