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    Os pesquisadores da Drexel University e do Trinity College desenvolveram uma tinta condutora que pode ser usada em dispositivos de armazenamento de energia de impressão a jato de tinta. Crédito:Drexel University

    Pesquisadores da Drexel University e Trinity College na Irlanda, criaram tinta para uma impressora jato de tinta a partir de um tipo altamente condutor de material bidimensional chamado MXene. Descobertas recentes, publicado em Nature Communications , sugerem que a tinta pode ser usada para imprimir componentes flexíveis de armazenamento de energia, como supercapacitores, em qualquer tamanho ou forma.

    As tintas condutoras existem há quase uma década e representam um mercado de centenas de milhões de dólares que deve crescer rapidamente na próxima década. Já está sendo usado para fazer as etiquetas de identificação por radiofrequência usadas nos transponders de pedágio, placas de circuito em eletrônicos portáteis e alinha as janelas dos carros como antenas de rádio embutidas e para auxiliar no descongelamento. Mas para que a tecnologia tenha um uso mais amplo, tintas condutoras precisam se tornar mais condutoras e mais facilmente aplicadas a uma variedade de superfícies.

    Yury Gogotsi, Ph.D., Distinguished University e Bach professor na Drexel's College of Engineering, Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, que estuda as aplicações de novos materiais em tecnologia, sugere que a tinta criada no Instituto de Nanomateriais da Drexel é um avanço significativo em ambas as frentes.

    "Até agora, apenas um sucesso limitado foi alcançado com tintas condutoras em impressão de resolução fina e dispositivos de armazenamento de alta carga, "Disse Gogotsi." Mas nossas descobertas mostram que todos os micro-supercapacitores impressos com MXene, feito com uma impressora jato de tinta avançada, são uma ordem de magnitude maior do que os dispositivos de armazenamento de energia existentes feitos de outras tintas condutoras. "

    Enquanto os pesquisadores estão constantemente descobrindo maneiras de fazer tintas novas, materiais mais condutores, como nanopartículas de prata, grafeno e gálio, o desafio continua sendo incorporá-los perfeitamente aos processos de manufatura. A maioria dessas tintas não pode ser usada em um processo de uma etapa, de acordo com Babak Anasori, Ph.D., um professor assistente de pesquisa no departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Drexel e co-autor da pesquisa de tinta MXene.

    "Para a maioria das outras tintas nano, um aditivo é necessário para manter as partículas juntas e permitir uma impressão de alta qualidade. Por causa disso, após a impressão, uma etapa adicional é necessária - geralmente um tratamento térmico ou químico - para remover esse aditivo, "Anasori disse." Para impressão MXene, nós apenas usamos MXene em água ou MXene em uma solução orgânica para fazer a tinta. Isso significa que pode secar sem quaisquer etapas adicionais. "

    MXenes são um tipo de baseado em carbono, materiais em camadas bidimensionais, criado na Drexel em 2011, que têm a capacidade única de se misturar com líquidos, como água e outros solventes orgânicos, enquanto retém suas propriedades condutoras. Por causa disso, Os pesquisadores da Drexel produziram e testaram em uma variedade de formas, de argila condutiva a um revestimento para blindagem de interferência eletromagnética a uma antena sem fio quase invisível.

    Ajustar a concentração para criar tinta para uso em uma impressora comercial era uma questão de tempo e iteração. A concentração de solvente e MXene na tinta pode ser ajustada para se adequar a diferentes tipos de impressoras.

    “Se realmente quisermos tirar proveito de qualquer tecnologia em grande escala e tê-la pronta para uso público, tem que se tornar muito simples e feito em uma única etapa, "Anasori disse." Uma impressora jato de tinta pode ser encontrada em quase todas as casas, então sabíamos se poderíamos fazer a tinta adequada, seria viável que qualquer um pudesse fazer eletrônicos e dispositivos do futuro. "

    Como parte do estudo, a equipe Drexel, trabalhando com pesquisadores do Trinity College, que são especialistas em impressão, testar a tinta MXene em uma série de impressões, incluindo um circuito simples, um mirco-supercapacitor e algum texto, em substratos que variam de papel a plástico e vidro. Ao fazer isso, eles descobriram que podiam imprimir linhas de espessura consistente e que a capacidade da tinta de passar uma corrente elétrica variava com sua espessura - ambos fatores importantes na fabricação de componentes eletrônicos. E as impressões mantiveram sua condutividade elétrica superior, que é a mais alta entre todas as tintas condutoras à base de carbono, incluindo nanotubos de carbono e grafeno.

    Tudo isso equivale a um produto muito versátil para fazer os componentes minúsculos que desempenham importantes, mas muitas vezes esquecemos funções em nossos dispositivos eletrônicos - tarefas como manter a energia ligada quando a bateria acaba, prevenindo surtos elétricos prejudiciais, ou acelerar o processo de carregamento. Fornecer um material de alto desempenho e uma nova maneira de construir coisas com ele pode levar não apenas a melhorias em nossos dispositivos atuais, mas também a criação de tecnologias inteiramente novas.

    "Em comparação com os protocolos de fabricação convencionais, técnicas de impressão direta com tinta, como impressão a jato de tinta e impressão por extrusão, permitem padronização digital e aditiva, costumização, redução no desperdício de material, escalabilidade e produção rápida, "Anasori disse." Agora que produzimos uma tinta MXene que pode ser aplicada por meio dessa técnica, estamos olhando para um mundo de novas oportunidades de usá-lo. "


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