用MXene开启3D微打印的新篇章

由Seol Seung-kwon博士领导的KERI智能3D打印研究团队开发了世界上第一种使用MXene（一种被称为梦想材料的材料）打印高分辨率3D微结构的技术

该研究发表在《Small》杂志上

MXene于2011年在美国首次发现，是一种由交替的金属和碳层组成的二维纳米材料。MXene具有高导电性和电磁屏蔽能力

由于其易于与各种金属化学品结合，MXene在高效电池和电磁屏蔽等领域受到了广泛关注

然而，在3D打印领域应用MXene需要额外的添加剂（粘合剂），并且一直面临着寻找最佳油墨粘度（浓度）以实现打印的挑战。换句话说，如果MXene的量太高，高浓度墨水会堵塞移液管喷嘴

相反，如果MXene的量显著减少，则打印所需结构的能力会受到限制。此外，添加剂还具有破坏MXene原始性能的缺点

为了解决这些问题，Seol Seung-kwon博士的团队使用了他们独特的半月板方法。当液滴以恒定压力轻轻按压或拉动时，会发生半月板效应，导致液滴在外壁上形成曲面，而不会因毛细作用而破裂

KERI的研究人员成功开发了一种3D打印纳米油墨，通过将高度亲水的MXene分散在水中而不使用粘合剂，即使在低粘度下也能打印出高分辨率的微观结构

打印原理很简单。首先，当墨水从3D打印机喷嘴喷出时，MXene等纳米材料通过作为通道的半月板喷出。此时，水（溶剂）迅速从油墨的弯液面蒸发，强大的分子间力（范德华力）使纳米粒子结合在一起。通过在移动喷嘴的同时连续执行该过程，创建了导电的3D微结构

这一成就是通过在不添加任何添加剂的情况下最大限度地提高MXene的性能而取得的，结果非常出色。打印分辨率比现有技术高出270倍，达到1.3µm（微米），约为人类头发厚度的1/100

3D打印结构的小型化显著提高了电气和电子设备的性能和适用性。如果应用于电池和储能装置等领域，它可以增加结构的表面积和集成密度，最大限度地提高离子转移效率并提高能量密度

如果将其应用于电磁屏蔽领域，可以通过放大内部多次反射和吸收效应来提高性能。此外，当该技术应用于制造各种传感器时，可以预期灵敏度和效率的提高

Seol Seung-kwon博士表示：“我们投入了大量精力优化MXene油墨的浓度条件，并精确分析印刷过程中可能出现的各种参数。”。此外，KERI的目标是通过利用基于纳米墨水的3D打印技术来引领相关市场，因为对不受物理形状因素限制的超小型、灵活的电子设备（无形状因素）的需求正在迅速增加 More information: Ho Hyung Sim et al, 3D‐Printing of Freestanding Pure MXene Microarchitectures, Small (2025). DOI: 10.1002/smll.202409198

Journal information: Small