Saintis dari Drexel University dan Trinity College di Ireland telah mencipta dakwat untuk pencetak inkjet dari bahan dua dimensi yang sangat konduktif dipanggil sebagai MXene. Penemuan baru ini yang diterbitkan dalam Nature Communications menunjukkan bahawa dakwat boleh digunakan untuk mencetak komponen penyimpanan tenaga yang fleksibel, seperti adi-kapasitor dalam sebarang saiz atau bentuk.

Dakwat konduktif telah pun muncul selama hampir satu dekad dan ia mewakili pasaran berjuta-juta dolar yang dijangka berkembang pesat dalam dekad yang akan datang. Ia sudah digunakan untuk membuat tag pengenalan frekuensi-radio yang digunakan dalam transponder tol lebuh raya dan papan litar dalam elektronik mudah alih. Tetapi buntuk melihat teknologi ini dalam penggunaannya yang lebih luas, dakwat konduktif perlu menjadi lebih konduktif dan lebih mudah digunakan untuk pelbagai permukaan.

Profesor Yury Gogotsi, Distinguished University and Bach professor di Drexel’s College of Engineering, Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan yang mengkaji penggunaan bahan-bahan baru dalam teknologi menunjukkan bahawa dakwat yang dibuat di Drexel’s Nanomaterials Intitute adalah kemajuan yang signifikan.

“Setakat ini hanya kejayaan yang terhad telah dicapai dengan dakwat konduktif dalam kedua-dua percetakan resolusi halus dan peranti simpanan tenaga,” kata Gogotsi. “Tetapi penemuan kami menunjukkan bahawa kesemua mikro adi-kapasitor MXene yang dicetak dengan pencetak inkjet lanjutan mempunyai tatanan magnitud yang lebih besar daripada peranti penyimpan tenaga sedia ada yang dibuat daripada dakwat konduktif lain.”

Walaupun para penyelidik terus memikirkan cara membuat dakwat dari bahan-bahan baru yang lebih konduktif seperti zarah-nano perak (nano-particle silver), grafin dan galium, cabarannya tetap pada menggabungkannya dengan lancar ke dalam proses pembuatan. Kebanyakan dakwat ini tidak boleh digunakan dalam satu-langkah – menurut Babak Anasori, seorang penolong profesor penyelidikan di jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan Drexel dan pengarang bersama penyelidikan dakwat MXene.

“Bagi kebanyakan dakwat nano yang lain, bahan tambahan diperlukan untuk memegang zarah-zarah itu bersama-sama dan membolehkan percetakan berkualiti tinggi. Oleh itu, selepas percetakan, langkah tambahan diperlukan – biasanya rawatan haba atau kimia – untuk menghapuskan bahan tambahan itu,” kata Anasori. “Untuk pencetakan MXene, kami hanya menggunakan MXene di dalam air atau MXene dalam campuran organik untuk membuat dakwat. Ini bermakna ia boleh kering tanpa sebarang langkah tambahan.”

MXenes adalah sejenis bahan berlapis berasaskan karbon berdua-dimensi yang dibuat di Drexel pada tahun 2011. Ia mempunyai keupayaan unik untuk bercampur dengan cecair seperti air dan pelarut organik lain tanpa menghilangkan sifat konduktif mereka. Oleh sebab itu, penyelidik Drexel telah menghasilkan dan mengujinya dalam pelbagai bentuk, dari tanah liat konduktif sehingga ke salutan untuk pelindung elektromagnetik interferens dan antena tanpa wayar yang hampir halimunan.

“Sekiranya kita benar-benar mahu memanfaatkan sebarang teknologi pada skala besar dan bersedia untuk kegunaan awam, ia perlu menjadi sangat mudah dan dilakukan dalam satu langkah,” kata Anasori. “Pencetak inkjet boleh didapati di hampir setiap rumah, jadi kita tahu jika kita boleh membuat dakwat yang betul, mungkin ada orang yang boleh membuat elektronik dan peranti masa depan.”

Sebagai sebahagian daripada kajian itu, pasukan Drexel yang pakar dalam percetakan, meletakkan dakwat MXene sebagai ujian dalam beberapa cetakan, termasuk litar mudah, mirko-adikapasitor dan beberapa teks pada substrat dari kertas ke plastik ke kaca. Dengan berbuat demikian, mereka mendapati bahawa mereka boleh mencetak garis-garis ketebalan yang konsisten dan mereka juga menemui kemampuan dakwai tersebut mengalirkan arus elektrik bergantung ketebalannya – kedua-dua faktor yang penting dalam pembuatan komponen elektronik.

“Berbanding dengan protokol pembuatan konvensional, teknik percetakan berasaskan dakwat secara langsung seperti percetakan inkjet dan percetakan penyemperitan membolehkan corak digital dan tambahan, penyesuaian, pengurangan bahan buangan, skala dan pengeluaran pesat,” kata Anasori. “Sekarang kita telah menghasilkan dakwat MXene yang boleh diterapkan melalui teknik ini, kita sedang melihat peluang untuk menggunakannya dalam kehidupan seharian.”

RUJUKAN:

1. Zhang, C. J., McKeon, L., Kremer, M. P., Park, S. H., Ronan, O., Seral‐Ascaso, A., … & Anasori, B. (2019). Additive-free MXene inks and direct printing of micro-supercapacitors. Nature communications, 10(1), 1795.
2. Drexel University. (2019, April 17). Need more energy storage? Just hit ‘print’: Researchers produce conductive MXene ink to print micro-supercapacitors. ScienceDaily. Retrieved June 29, 2019 from www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190417084556.htm
3. Headline: Need more energy storage? Just hit ‘print’. Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190417084556.htm Source: Science Daily / Drexel University