Daha Fazla Enerji Depolamaya mı İhtiyacınız Var? ‘Yazdır’a Basın!
İrlanda Drexel University ve Trinity College’den araştırmacılar, MXene adı verilen oldukça iletken iki boyutlu bir malzeme kullanarak, mürekkep püskürtmeli yazıcılarda kullanıma uygun özel bir mürekkep ürettiler. Yakın zamanda Nature Communications’da yayınlanan araştırma sonuçları bu mürekkebin, herhangi bir boyut veya şekilde süperkapasitörler gibi esnek enerji depolama parçaları basımında kullanılabileceğini gösteriyor.
İletken mürekkepler yaklaşık on yıldır hayatımızda olan ve gelecek on yılda hızla büyümesi beklenen bir kaç yüz milyon dolarlık bir pazarı temsil ediyor. Hali hazırda, otoyol geçişi transponderlerinde, taşınabilir elektroniklerde bulunan devre kartlarında kullanılan radyofrekans tanımlama etiketleri, araç camlarına gömülü radyo antenleri ve buz çözme sistemlerinde kullanılabiliyor. Ancak teknolojinin daha geniş kullanım alanına yayılması için, iletken mürekkeplerin daha yüksek iletkenliğe ulaşması ve bir dizi yüzeye daha kolay uygulanabilmesi gerekiyor.
Teknolojide yeni malzeme uygulamaları alanında çalışan Drexel’s College of Engineering, Department of Materials Science and Engineering’den Dr. Yury Gogotsi, Drexel’s Nanomaterials Institute bünyesinde geliştirilen bu mürekkebin teknolojinin tüm sınırlarını genişleteceğini düşünüyor.
Gogotsi “Şimdiye kadar yüksek çözünürlüklü baskı ile enerji depolama sistemlerinin iletken mürekkepler ile üretimi konusunda oldukça sınırlı başarı elde edildi” diyor. “Ancak, Mxene mürekkebi ve gelişmiş mürekkep püskürtmeli yazıcılar kullanılarak üretilen süperkapasitörler ile ilgili bulgularımız diğer iletken mürekkeplerden yapılan mevcut enerji depolama cihazlarından daha büyük bir kapasite elde edildiğini gösteriyor.
Araştırmacılar; sürekli olarak gümüş nanoparçacıklar, grafen ve galyum gibi yeni ve daha iletken malzemelerden mürekkep yapmanın yollarını buluyor ve bunları sorunsuz bir şekilde üretim işlemlerine dahil etme çalışmaları yürütüyor. Drexel’s department of Materials Science and Engineering’de araştırma görevlisi olan ve MXene mürekkep araştırmalarının ortak yazarı olan Dr. Babak Anasori’ye göre, bu mürekkeplerin çoğunun tek adımlı bir işlemde kullanılması mümkün değil.
Anasori “Diğer birçok nano mürekkepte, parçacıkları bir arada tutmak ve yüksek kalitede yazdırmaya izin vermek için bir katkı maddesi kullanımı gerekiyor. Bu nedenle, baskı işleminden sonra, bu katkı maddesinin çıkarılması için ek bir termal veya kimyasal işlem adımı ekleniyor “diyor. “Bizim çözümüzde MXene’yi suda ya da organik bir çözücüde çözerek kullanıyoruz. Bu da herhangi bir ek adım gerekmeden kuruyabileceği anlamına geliyor.”
MXene’ler, 2011’de Drexel’de oluşturulan ve su ve diğer organik çözücüler gibi sıvılarla karıştırıldıklarında iletkenlik özelliklerini koruyabilme yeteneğine sahip, karbon bazlı, iki boyutlu katmanlı malzemelerdir. Drexel araştırmacıları, malzemenin bu özelliğini kullanarak çeşitli formlarda malzemeler ürettiler ve bu malzemeleri kablosuz antenlerin elektomanyetik girişim zırhlaması konusunda test ettiler.
Bu mürekkebin ticari bir yazıcıda kullanılması için konsantrasyonunun ayarlanması çalışmaları yapılması ve geliştirilen yöntemin doğrulanması gerekiyor. Kullanılacak çözücü ve MXene konsantrasyonu, farklı tipteki yazıcılara uyacak şekilde ayarlanabilir.
Anasori, “Bu teknolojiyi büyük ölçüde ve kamusal kullanımda kullanabilmemiz için çok basit ve tek adımda uygulanabilir hale getirmemiz gerekiyor” dedi. “Hemen her evde bulunabilecek mürekkep püskürtmeli yazıcılarda kullanılabilecek en uygun mürekkebi üretmeyi başarabilirsek, herkesin kendi elektronik aletlerini üretmesinin önünü açabiliriz”.
Çıktılar, karbon nanotüpler ve grafen de dahil olmak üzere tüm karbon bazlı iletken mürekkepler arasında en yüksek olan üstün elektrik iletkenliklerini korudu.
Bu çalışmanın bir parçası olarak Drexel ve Tirinity College’dan iki araştırma ekibi bir araya gelerek, basit bir devre, mirco-süperkapasitör ve bir metin içeren bir dizi çıktı alarak geliştirilen teknolojiyi teste tabi tuttu. Kağıttani plastiğe ve cama kadar geniş bir substrat aralığında farklı denemeler yaparak mürekkebin elektrik akımı geçirme kabiliyetinin uygulama kalınlığına bağlı olarak değiştiğini belirlediler. Çalışma çıktılarına göre; bu projede elde edilen iletkenlik seviyesi, aralarında karbon nanotüpler ve grafenin de bulunduğu diğer tüm karbon bazlı iletken mürekkepler arasında en yüksek elektrik iletkenlik seviyesiydi.
Bu gelişmeler, elektronik cihazlarımızda önemli rol oynayabilecek, ancak genellikle göz ardı edilen küçük bileşenlerin yapılması için çok yönlü bir üretim yöntemi elde edilmesi anlamına geliyor. Bu küçük bileşenler, şarj bittiğinde gücü açık tutmak, elektrik dalgalanmalarını önlemek veya şarj işlemini hızlandırmak gibi faydalar sağlayabilir. Bu gelişmeler, yalnızca mevcut cihazlarımızda iyileştirmeler yapmayı değil aynı zamanda tamamen yeni teknolojilerin oluşturulmasını da sağlayabilir.
Anasori “Bu teknoloji, geleneksel üretim yöntemleri ile karşılaştırıldığında, inkjet baskı ve ekstrüzyon baskı gibi doğrudan mürekkep baskı teknikleri, dijital ve ek modelleme, kişiselleştirme, malzeme atıklarında azalma, ölçeklenebilirlik ve hızlı üretim gibi avantajlar sağlıyor” diyor. “Şimdi MXene’in bu şekilde kullanılmasına imkan sağladığımıza göre, bunu kullanabileceğimiz fırsatlar yaratmalıyız”.
Kaynak: sciencedaily.com
