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丝网印刷多任务MXene墨水 大连化物所吴忠帅与陕师大刘生忠合作构建自供电集成系统新范式

丝网印刷多任务MXene墨水 大连化物所吴忠帅与陕师大刘生忠合作构建自供电集成系统新范式

中国科学院大连化学物理研究所的吴忠帅研究员团队与陕西师范大学的刘生忠教授团队在先进能源材料与系统集成领域取得重要突破。他们创新性地开发了一种基于MXene的多任务墨水,并利用成熟的丝网印刷技术,成功构建了高性能、一体化的自供电集成系统。这项工作为下一代柔性、可穿戴电子设备及分布式信息系统的能源供给与功能集成提供了全新的解决方案。

研究团队的核心创新在于设计并制备了一种多功能、可印刷的MXene基墨水。MXene作为一种新兴的二维材料,具有极高的导电性、良好的亲水性和丰富的表面化学性质,是制备印刷电子器件的理想材料。通过对墨水组分、流变特性及印刷工艺的精细调控,该墨水能够同时满足作为高导电电极、灵敏传感单元以及高效储能组件等多种功能需求,实现了“一种墨水,多种任务”的高效集成。

利用丝网印刷技术的大面积、图案化、低成本制造优势,团队将这种多任务墨水精确印刷在多种柔性基底(如纸张、织物、聚合物薄膜)上,一步法或顺序印刷制备出包括微型超级电容器、应变传感器、温度传感器等功能模块。这些模块通过印刷的MXene互联导线无缝连接,并与印刷的能源收集模块(如摩擦纳米发电机)协同集成,最终构建成一个完整的自供电集成系统。

该集成系统展现了卓越的性能:储能模块(微型超级电容器)具有高功率密度和长循环寿命;传感模块对形变、温度等物理信号响应灵敏、稳定;系统整体能够将环境中微弱的机械能有效收集并存储,从而为传感、信号处理与无线传输等信息系统功能提供持续电能,实现真正的自供能运行。这标志着信息系统集成服务从传统的依赖外部电源和分立元件组装,向一体化、内置能源、印刷制造的方向迈出了关键一步。

此项研究的意义深远。它展示了丝网印刷作为一种大规模制造技术在构建复杂微纳电子系统方面的巨大潜力,为柔性电子和物联网设备的低成本制造铺平了道路。多任务MXene墨水的概念极大地简化了系统集成的工艺流程,减少了材料种类和制造步骤,提高了集成度和可靠性。这种自供电集成系统原型可广泛应用于健康监测(如智能贴片)、环境感知(如分布式传感网络)、人机交互界面以及智能包装等领域,其“即印即得”的特性也为未来定制化、个性化的信息系统集成服务提供了全新的技术范式。

大连化物所吴忠帅团队在二维材料与微型储能器件方面的深厚积累,与陕师大刘生忠团队在光电器件与印刷技术方面的专长相得益彰,此次跨机构合作充分体现了学科交叉与协同创新的力量,共同推动了自供电集成系统向实用化、产业化方向发展。

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更新时间:2026-04-18 02:20:28

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