石墨烯和MXenes在柔性电子中的未来比较

电子元件和电路转向更具弹性和灵活性的平台。使用创新纳米材料的配方已经创建，以推动寻找更环保，可持续和更具成本效益的导电油墨，用于涂料柔性平台。

发表在《先进功能材料》杂志上的一篇综述论文阐明了导电油墨和二维（2D）材料（特别是石墨烯和MXenes）的重要特征。

用于电子系统的柔性材料

弹性、可穿戴和生物相容性电子技术的进步取决于电子电路和光电系统的创建和采用，这些电路和光电系统重量轻，价格低廉，功耗低，并且可以在各种情况下运行。系统及其组成材料的机械应力耐久性也很重要。

印刷电路板（PCB）是大多数电子系统的基本和无处不在的组件。PCB通过利用导电通道或信号迹线为电子电路提供机械支持和电气连接。

PCB是由聚环氧化物和玻璃纤维制成的薄板，上面覆盖着细铜片。然而，平台和电子连接之间的刚性差异使得这种方法不适合用于弹性和柔性基板。

因此，最近研究的重点已转移到开发导电油墨，用于在柔性材料上涂覆和装饰电子电路，这些柔性材料可以与平台一起弯曲，同时保持与平台的附着力，并保持其电气特性。

使用非金属油墨的优点

虽然非金属油墨具有比金属油墨更高的电阻，但它们仍然具有一些重要的好处。

导电油墨的应用通常需要后涂层工艺，这可能会对典型的柔性聚合物平台造成损坏。非金属油墨不需要这种工艺。

这些油墨的分布通常更简单，可以随着时间的推移开发出稳定的导电油墨。在某些情况下，这些油墨可能具有生物相容性，可以更顺畅地加工和无数用途。

非金属油墨的成本远低于含有银（Ag）和金（Au）等贵金属颗粒的油墨。这种油墨的配方通常是一个相对简单的过程。生产所需的溶剂更少，使用的溶剂，如酒精或水，对人类和环境无害。

基于 2D 材料的导电油墨

具有二维材料配方的导电油墨引起了研究人员的兴趣，因为它们的片状形态和大纵横比提供了好处。

这些油墨在透明和可拉伸聚合物平台上的薄片覆盖物中表现出优异的透光率和导电性，使其可用于柔性透明电子系统。

这些导电油墨对各种泡沫和织物具有良好的附着力，产生可能相互滑动的纳米片层的导电框架。这种现象赋予导电框架非凡的微观力学特性，使其可用于压力和应变测量。

不同种类的二维材料

不断增长的可固溶性二维材料集合包括石墨烯等导电材料，二硫化钼或二硫化钨等半导体材料，以及氧化石墨烯或六方氮化硼等绝缘体。

MXenes是一类导电二维过渡金属氮化物/碳化物。MXenes可以将金属油墨的较低电阻率值与纳米片形状和二维油墨的易加工性相结合，使其成为备受追捧的材料。

柔性涂层的优势

弹性导电薄膜可以直接用于电磁干扰屏蔽等应用，也可以调制用于特定用例，如加热或检测。

此外，导电涂层可以设计用于各种应用的导电结构，例如超级电容器（SC）中的叉指电极（IDE）或应变片。

在共面，共面或纤维配置中使用不对称和杂交的SC电极导致了使用MXenes和石墨烯的各种柔性超级电容器和微型超级电容器。

MXenes vs. 石墨烯

MXenes正变得越来越受欢迎，因为它们将良好的导电性与关键的加工性和形态学优势相结合。

MXenes具有石墨烯的优点，例如良好的导电性，二维结构以及对基板材料的良好附着力，而不会受到石墨烯基材料的一些缺点的阻碍。

MXenes不需要氧化石墨烯所必需的化学或热还原机制。此外，与石墨烯纳米颗粒不同，Mxenes在水介质中具有快速分散性，无需任何添加剂。

例如，在焦耳加热器中，这导致获得适当温度的潜在需求比石墨烯更小，甚至可以与金属纳米材料相媲美。在电磁干扰屏蔽中，MXenes的导电性增加允许在类似于石墨烯的厚度下实现更大的信号衰减。

即使在聚合物框架内部，MXenes也容易发生氧化和电劣化，这可能需要进行更多的研究来设计坚固的表面特性和更大的横向尺寸。

参考

Orts, V., Chan, K. C., Caironi, M., Athanassiou, A., Kinloch, I. A., Bissett, M., & Cataldi, P. (2022). Electrically Conductive 2D Material Coatings for Flexible and Stretchable Electronics: A Comparative Review of Graphenes and MXenes. Advanced Functional Materials. Available at: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204772