西南交通大学杨维清教授ACS Nano： 聚焦MXene基微型超级电容器—

　　MXenes 通常具有高金属导电性、优异的亲水性、可调节的层间间距和高电荷存储容量，在微型超级电容器领域表现出突出的优势。MXene的亲水性和由表面官能团带来的高负电荷（zeta 电位约为 -38 mV），使其可以在水性和有机溶剂中形成稳定的胶体分散体，拓展了其在溶液加工过程中的应用，包括涂层、印刷，有利于高性能MXene基微型超级电容器（MXene MSCs）的直接构建。同时，将MXene MSCs整合到功能性微电子器件中也是其产业化发展的关键动力，这需要 MXene MSCs与其他功能器件在制造和功能上的相互兼容。对此，西南交通大学杨维清教授及其博士研究生黄海超等人从油墨流变学、微电极设计和集成系统等方面总结了 MXene 微型超级电容器的最新进展，阐明了当前开发高性能 MXene MSCs的面临的挑战和前景。

　　油墨成分的组成和各成分之间的协同作用决定了油墨的流变特性，它很大程度上决定了印刷结果是否具有一致性和可重复性（图2）。MXene油墨大体可以分为水系和有机油墨。MXene水系油墨的流变性和多种因素有关，包括单层和多层MXene，墨水浓度，MXene片尺寸，和不同分散体等（图3）。MXene在有机溶剂中的流变性与与水分散体类似，但相关的研究较少（图4）。

　　MXene的亲水性的表面官能团和负的zeta电位赋予了MXene在极性溶剂中的稳定分散性，这有利于MXene通过溶液加工技术来构建微型超级电容器（图5）。目前，MXene MSCs的工作主要集中MXene改性（图6）、插层/复合（图7）、微结构设计（3D，非对称结构等）（图8，9）等方面，旨在进一步提升器件的面积能量密度，满足实际应用场景的需求。

　　图5. 通过溶液加工过程制造MXene MSCs的方法，包括喷涂/旋涂、3D打印、墨水书写、图案涂覆、丝网印刷等涂层和印刷技术。

　　目前，MXene MSCs 的焦点主要集中在制造技术和电极材料的优化上，对功能性集成关注较少。首先，为了满足不同应用场景的需求，MXene MSCs往往需要通过串并联来获得更高的输出电压或者更高的储能容量（图10）。MXene基微型超级电容器集成系统的供能方式主要有纳米发电机、太阳能电池以及无线）。MXene MSCs的功能化集成主要体现在微传感、滤波、光电探测以及电磁屏蔽等方面（图12，13）。其中，多功能集成系统中MXene MSCs模块的性能如表1所示。

　　杨维清教授简介：西南交通大学前沿科学研究院院长，从事能源信息材料与器件研究，在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater，ACS Nano，Nano Lett，Adv. Funct. Mater.，等国际著名刊物上发表SCI收录论文共计240余篇，入选Elsevier高被引学者、Stanford-Elsevier全球全领域2%Top科学家；长期担任科技部重大研发计划项目会评专家和国家科技奖评审专家；科技成果转化专利30余项，转化经费3000余万元；担任中国超级电容器产业联盟副秘书长；获得教育部创新团队、省“青年科技创新研究团队”、省杰出青年基金、省“QR计划”创新人才。所做工作被美国国家自然基金委（NSF)、Newscientist，CCTV等近20家媒体专题报道。

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