MicroFab Inkjet喷墨打印技术助力制备微型**电容器

2025-10-10 09:56 睿度光电RUIDU

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哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院刘婧媛教授团队研究通过使用MicroFab Jetlab II高精度喷墨打印系统实现了微电极表面形态和内部结构调节，成功提高微型**电容器（MSCs）性能，经过 25000 次充电和放电测试后，电容保持率可高达 99.1%，MSCs 具有 1.6 V的宽电压窗口、983.9 F cm^-3的体积电容和 342.4 mWh cm^-3的能量密度，性能优于以前报道的喷墨打印 MSCs，在可穿戴微电子领域显示出巨大的应用潜力。喷墨打印为技术微电子器件提供更高的性能输出，助力下一代微电子技术发展。

关键词：喷墨打印、微型**电容器、可穿戴微电子、3D N-MXene 、复合材料

▶技术优势：使用MicroFab Jetlab II高精度喷墨打印系统通过80µm喷头精确控制材料的沉积，将NM/NC2S、还原氧化石墨烯（rGO）和Ag-NWs墨水按需沉积在聚酯（PET）基材上，然后用聚酰亚胺（PI）薄膜封装，通过微电极的调节实现了喷墨打印混合MSCs。
▶结构创新：研究探索了一种新颖的 3D N-MXene/NiCo₂S₄多孔网络，XPS 展示了 Ni原子和 O 原子的新桥接机制，DFT 计算表明，N-MXene 的 O 原子可以从NiCo₂S₄ 的 Ni 原子中捕获电子，导致 3D N-MXene/NiCo₂S₄界面区域的电荷重新分布，从而增强复合材料的结构稳定性。
▶性能优异：经过 25000 次充电和放电测试后，电容保持率可高达 99.1%，MSCs 具有 1.6 V的宽电压窗口、983.9 F cm^-3 的体积电容和342.4 mWh cm^-3 的能量密度，性能优于以前报道的喷墨打印 MSCs，并可集成在柔性电子应用中。
▲图1：用于喷墨打印的3D褶皱N-MXene/NiCo₂S₄的制造示意图，以及HMSC的组装过程

▲图2：喷墨打印的形状定制和微电极制备

▲图3：混合MSCs的实际应用

本研究使用MicroFab Jetlab II高精度喷墨打印系统解决复合材料的沉积问题，成功实现了复杂结构材料的喷墨打印，利用喷墨打印的高精度优势制备了高性能的混合MSCs，通过Ni原子和O原子的新型桥接机制将NiCo₂S₄锚定在N-MXene上，制备了3D N-MXene/NiCo₂S₄，显著提高了HMSC的比电容（983.9 F cm^-3）和25000次循环的稳定性（98.0%），在15.4 W cm^-3的功率密度下，HMSC的能量密度达到342.4 mWh cm^-3，性能优于以前报道的喷墨打印 MSCs，在可穿戴微电子领域显示出巨大的应用潜力。喷墨打印为技术微电子器件提供更高的性能输出，助力下一代微电子技术发展。

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参考文献：

[1] Sun P ,Liu J ,Liu Q , et al. Stable 3D porous N-MXene/NiCo2S4 network with Ni–O atomic bridging for printed hybrid micro-supercapacitors [J]. Chemical Engineering Journal, 2024, 493:152731.