KR20220079986A - 초고에너지 밀도의 마이크로-슈퍼커패시터 제작을 위한 첨가제 없는 멕신 잉크의 3d 프린팅 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 2D 재료와 용매를 포함하는 잉크 조성물 및 이러한 잉크 조성물을 제작하는 방법을 제공한다. 본 개시는 또한 잉크 조성물 및 이러한 잉크 조성물을 포함하는 3D MSC를 제작하는 방법을 제공한다. 추가로, 본 개시는 배터리 조성물과, 2D 재료, 및 배터리의 3D 프린팅에 사용될 수 있는 조성물의 형성을 초래하는 용매를 포함하는 전도성 재료를 제공한다.

Description

초고에너지 밀도의 마이크로-슈퍼커패시터 제작을 위한 첨가제 없는 멕신 잉크의 3D 프린팅
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2019년 10월 22일 출원된 미국 가출원 제62/924,281호의 35 USC § 119(E)에 따른 이익을 주장하며, 이의 전체 개시 내용이 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 2D 재료와 용매를 포함하는 잉크 조성물, 및 이러한 잉크 조성물을 포함하는 마이크로-슈퍼커패시터에 관한 것이다. 본 발명은 에너지 저장 장치를 제조하기 위한 조성물, 방법, 및 제형을 포함한다.
에너지 저장 장치는 휴대용 전자 제품, 무선 센서, 및 다기능 마이크로/나노시스템의 향후 개발에 필수적인 역할을 할 것으로 예상된다. 저장 장치를 자체 전원 시스템과 효율적으로 통합하기 위해서는, 예를 들어 "온칩" 슈퍼커패시터와배터리의 제작과 같이, 서로 다른 기판 상에 이들 장치를 직접 제작하는 것이 크게 필요하다. 종종 마이크로-슈퍼커패시터(MSC)라고 하는 온칩 슈퍼커패시터는 상대적으로 높은 에너지 밀도를 갖는 고전력 장치이며, 소형 전자장치와의 통합에 적합할 수 있다. 리튬이온 배터리(LIB)와 같은 배터리는 전체 장치 부피에서 점점 더 많은 부분을 차지하게 되었다. 2D 평면 공간 대신 3D 공간에서 이러한 장치를 제작하면, 장치의 제한된 면적 또는 부피에서 더 많은 전극 재료를 패킹할 수 있고, 따라서 고전력 및 고에너지 밀도 모두에 대한 요구를 해결할 수 있다. 이러한 저장 장치는 사용하기에 안전해야 하고, 저렴하며, 다양한 응용 분야에 대해 쉽게 제조할 수 있어야 한다.
그러나, 압출 기반 3D 프린팅을 사용하는 3D MSC와 배터리의 제작은, 전도성이 높고 전기화학적으로 활성인 전극 재료를 기반으로 하는 인쇄 가능한 잉크의 가용성에 달려 있다. 인쇄 가능하기 위해, 잉크는 전단-박화(shear-thinning) 거동과 점탄성 특성을 나타내야 하며, 이를 통해 각각의 층은 그 형태를 유지하면서, 기판과 층간 접착에 충분한 유동성을 제공할 수 있다. 그러나, 전기화학 장치와 전극의 잉크 쓰기(ink writing)에 사용되는 대부분의 인쇄 가능한 잉크는, 이들의 유변학적 특성을 조정하기 위해 이차 용매 또는 계면활성제와 같은 첨가제를 사용하여 제조된다. 이러한 첨가제는 인쇄된 전극의 전기적 및 전기화학적 특성에 영향을 미칠 수 있으며, 인쇄 후 제거되어야 할 수 있다. 또한, 상업용 LIB의 전극 재료는 대부분 고체 입자 형태로서, 쉽게 인쇄할 수 없고, 인쇄 가능한 잉크로 변환되기 위해 다양한 유형의 첨가제를 필요로 한다.
MSC의 저장 특성은 고유 특성과 전극 재료의 전하 저장 메커니즘에 따라 달라질 수 있으며, 장치의 다른 구성요소의 구성에 의해 영향을 받을 수 있다. 3차원(3D) 아키텍처는 면적 성능을 높이기 위해 장치의 단위 면적당 더 많은 활물질의 로딩을 가능하게 할 수 있지만, 고성능 전극 재료를 이용하는 3D 장치의 확장 가능한 제작은 여전히 해결 과제를 안고 있다.
따라서, 인쇄 가능한 잉크와3D MSC의 새로운 조성물, 및 이러한 조성물을 제작하기 위한 방법에 대한 요구가 존재한다. 따라서, 본 발명은 2D 재료와 용매를 포함하는 잉크 조성물, 및 이러한 조성물을 제작하기 위한 방법을 제공한다. 본 개시는 또한 조성물 및 이러한 잉크 조성물을 포함하는 3D MSC를 제작하는 방법을 제공한다. 추가로, 본 개시는 배터리 조성물과, 2D 재료, 및 배터리의 3D 프린팅에 사용될 수 있는 조성물의 형성을 초래하는 용매를 포함하는 전도성 재료를 제공한다.
본 개시에 따른 2D 재료를 포함하는 잉크 조성물, MSC 조성물, 및 방법은 본 기술 분야에 공지된 다른 조성물, 제형, 및 방법과 비교하여 몇 가지 이점을 제공한다. 첫째, 잉크 조성물 내의 2D 재료는 용매에서 응집되지 않고 고도로 농축될 수 있다. 이러한 초고농축 잉크 조성물은 첨가제 없이도 3D 프린팅에 필요한 점탄성, 유변학적, 전기화학적 특성을 가질 수 있다. 이러한 잉크 조성물은 또한 3D 프린팅에 사용될 때 균일 유동을 제공할 수 있는 유리한 전단-박화 거동을 나타낸다.
둘째, 이러한 잉크 조성물을 포함하는 MSC는 높은 면적 및 체적 에너지 밀도를 전달하기 위한 3D 인터디지털 전극 아키텍처(3D interdigital electrode architecture)뿐만 아니라 잉크 조성물에 사용되는 2D 재료의 높은 전기 전도성 및 우수한 전기화학적 특성으로부터 이익을 얻는다. 또한, 이러한 MSC의 성능은 많은 방식으로 향상될 수 있다. 예를 들어, 성능은 면외(out-of-plane) 전도성을 증가시키도록 전극 구조와 잉크 특성을 조작함으로써 향상될 수 있다. 제작된 장치의 속도 성능은 또한 이온 수송 특성에 의존하기 때문에, 전극 사이의 이온 확산 경로를 줄임으로써 크게 향상될 수 있다. 또한, 이러한 3D MSC의 속도 용량 및 전력 밀도는, 전극의 높이에 관계없이, 수정된 장치 아키텍처에서 인터디지털 전극 사이의 간극 거리를 줄임으로써 향상될 수 있다.
셋째, 이러한 잉크 조성물을 포함하는 MSC의 제작은 상온에서 진행될 수 있다. 고농축 잉크는 상온에서의 압출 인쇄에 대한 바람직한 점탄성 특성을 나타내고, 따라서 기판 상에 다양한 아키텍처와 전극 두께를 갖는 MSC의 확장 가능한 제작에 사용될 수 있다. 상온 인쇄의 중요한 이점은 다양한 기판 상에서 장치를 제작할 수 있다는 것이다.
넷째, 배터리 조성물, 2D 재료, 및 용매를 포함하는 전도성 재료는 종래의 배터리 제조 방법에서 사용되는 전도성 첨가제 및/또는 고분자 바인더의 포함을 필요로 하지 않고, 따라서 상업용 배터리에 비해 향상된 에너지 저장 성능을 나타낸다. 이러한 재료는 안전하고, 환경 친화적이고, 저렴하며, 간단한 화학 조성으로 구성된다.
다섯째, 이러한 전도성 재료를 포함하여 제작된 배터리는, 셀의 기하학적 구조와 우수한 전기 전도성에 의해 가능해진 개선된 이온 확산으로 인해 높은 면적 용량과 더 빠른 충방전 비율과 같은 향상된 전기화학적 성능을 나타낸다.
다음의 번호가 매겨진 실시형태들이 고려되고 비제한적이다:
1. 2D 재료와
용매를 포함하는 잉크 조성물.
2. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 콜로이드 입자, 콜로이드 분산액, 콜로이드 현탁액, 2D 나노물질, 나노물질 분산액, 나노물질 현탁액, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는, 잉크 조성물.
3. 항목 2, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 콜로이드 분산액인, 잉크 조성물.
4. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 첨가제가 없는, 잉크 조성물.
5. 항목 4, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 전도성 재료인, 잉크 조성물.
6. 항목 4, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 고분자 바인더인, 잉크 조성물.
7. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 계면활성제가 없는, 잉크 조성물.
8. 항목 7, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 음이온성인, 잉크 조성물.
9. 항목 7, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 양이온성인, 잉크 조성물.
10. 항목 7, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 비이온성인, 잉크 조성물.
11. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 이차 용매가 없는, 잉크 조성물.
12. 항목 11, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 이차 용매는 유기 용매인, 잉크 조성물.
13. 항목 11, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 이차 용매는 무기 용매인, 잉크 조성물.
14. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 2D 나노물질인, 잉크 조성물.
15. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 전기 전도성인, 잉크 조성물.
16. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 멕신 조성물인, 잉크 조성물.
17. 항목 16, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 탄화물인, 잉크 조성물.
18. 항목 16, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 질화물인, 잉크 조성물.
19. 항목 16, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 일반식 Mn+1XnTx(n-1, 2, 또는 3)을 갖고, 여기서 M은 전이 금속을 나타내고, X는 탄소 및/또는 질소이며, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 잉크 조성물.
20. 항목 19, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, M은 Ti, Cr, V, Mo, Zr, Sc, Mn, Nb, Y, W, Ta, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택되는, 잉크 조성물.
21. 항목 19, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 잉크 조성물.
22. 항목 19, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 잉크 조성물.
23. 항목 16, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 Ti3C2Tx이고, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 잉크 조성물.
24. 항목 23, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 잉크 조성물.
25. 항목 23, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 잉크 조성물.
26. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 약 20 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 비정전용량을 포함하는, 잉크 조성물.
27. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매는 물인, 잉크 조성물.
28. 항목 27, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 15% 내지 약 85%(wt%)의 물을 포함하는, 잉크 조성물.
29. 항목 27, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 25% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 잉크 조성물.
30. 항목 27, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 35% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 잉크 조성물.
31. 항목 27, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 50% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 잉크 조성물.
32. 항목 27, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 65% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 잉크 조성물.
33. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 용매에 분산되어 있는, 잉크 조성물.
34. 항목 33, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 용매에 분산된 플레이크(flake)를 포함하는, 잉크 조성물.
35. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 박리되어 있는, 잉크 조성물.
36. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 용매 내에서 단일 층으로 배열되는, 잉크 조성물.
37. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 750 mg/ml인, 잉크 조성물.
38. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 500 mg/ml인, 잉크 조성물.
39. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 100 mg/ml 내지 약 400 mg/ml인, 잉크 조성물.
40. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 250 mg/ml 내지 약 350 mg/ml인, 잉크 조성물.
41. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 250 μm인, 잉크 조성물.
42. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 0.35 μm인, 잉크 조성물.
43. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 1 μm인, 잉크 조성물.
44. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm내지 약 200 μm인, 잉크 조성물.
45. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm내지 약 100 μm인, 잉크 조성물.
46. 항목 34, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm 내지 약 50 μm인, 잉크 조성물.
47. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 점탄성인, 잉크 조성물.
48. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 탄성 계수와 점성 계수를 갖고, 탄성 계수는 약 0.01 Hz 내지 약 10 Hz의 주파수에서 측정될 때 점성 계수보다 큰, 잉크 조성물 .
49. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 항복 응력을 갖는, 잉크 조성물.
50. 항목 49, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 항복 응력은 압출기 노즐에서 극복될 수 있는, 잉크 조성물.
51. 항목 49, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 항복 응력보다 높은 전단-박화 거동을 나타내는, 잉크 조성물.
52. 항목 1, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 3차원(3D) 프린팅용으로 구성되는, 잉크 조성물.
53. 항목 52, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 마이크로-슈퍼커패시터의 3D 프린팅용으로 구성되는, 잉크 조성물.
54. 항목 52, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 에너지 저장 용도, 전자 장치, 전자기기 차폐 센서, 안테나, 생의학 응용, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작업을 위한 3D 프린팅용으로 구성되는, 잉크 조성물.
55. 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층을 포함하는 마이크로-슈퍼커패시터(MSC) 조성물.
56. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 콜로이드 입자, 콜로이드 분산액, 콜로이드 현탁액, 2D 나노물질, 나노물질 분산액, 나노물질 현탁액, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는, MSC 조성물.
57. 항목 56, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 콜로이드 분산액인, MSC 조성물.
58. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 첨가제가 없는, 잉크 조성물.
59. 항목 58, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 전도성 재료인, MSC 조성물.
60. 항목 58, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 고분자 바인더인, MSC 조성물.
61. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 계면활성제가 없는, MSC 조성물.
62. 항목 61, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 음이온성인, MSC 조성물.
63. 항목 61, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 양이온성인, MSC 조성물.
64. 항목 61, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 비이온성인, MSC 조성물.
65. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 이차 용매가 없는, MSC 조성물.
66. 항목 65, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 이차 용매는 유기 용매인, MSC 조성물.
67. 항목 65, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 이차 용매는 무기 용매인, MSC 조성물.
68. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 2D 재료와 용매를 포함하는, MSC 조성물.
69. 항목 68, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 2D 나노물질인, MSC 조성물.
70. 항목 68, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 전기 전도성인, MSC 조성물.
71. 항목 68, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 멕신 조성물인, MSC 조성물.
72. 항목 71, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 탄화물인, MSC 조성물.
73. 항목 71, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 질화물인, MSC 조성물.
74. 항목 71, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 일반식 Mn+1XnTx(n-1, 2, 또는 3)을 갖고, 여기서 M은 전이 금속을 나타내고, X는 탄소 및/또는 질소이며, Tx는 표면 작용기를 나타내는, MSC 조성물.
75. 항목 74, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, M은 Ti, Cr, V, Mo, Zr, Sc, Mn, Nb, Y, W, Ta, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택되는, MSC 조성물.
76. 항목 74, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, MSC 조성물.
77. 항목 74, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, MSC 조성물.
78. 항목 71, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 Ti3C2Tx이고, Tx는 표면 작용기를 나타내는, MSC 조성물.
79. 항목 78, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, MSC 조성물.
80. 항목 78, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, MSC 조성물.
81. 항목 80, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 용매에 분산되어 있는, MSC 조성물.
82. 항목 81, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 용매에 분산된 플레이크를 포함하는, MSC 조성물.
83. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 박리되어 있는, MSC 조성물.
84. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 용매 내에서 단일 층으로 배열되는, MSC 조성물.
85. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 750 mg/ml인, MSC 조성물.
86. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 500 mg/ml인, MSC 조성물.
87. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 100 mg/ml 내지 약 400 mg/ml인, MSC 조성물.
88. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 250 mg/ml 내지 약 350 mg/ml인, MSC 조성물.
89. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 250 μm인, MSC 조성물.
90. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 0.35 μm인, MSC 조성물.
91. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 1 μm인, MSC 조성물.
92. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm내지 약 200 μm인, MSC 조성물.
93. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm내지 약 100 μm인, MSC 조성물.
94. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm 내지 약 50 μm인, MSC 조성물.
95. 항목 82, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 기판 상에 접촉될 때 수평으로 정렬되는, MSC 조성물.
96. 항목 80, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매는 물인, MSC 조성물.
97. 항목 96, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 15% 내지 약 85%(wt%)의 물을 포함하는, MSC 조성물.
98. 항목 96, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 25% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, MSC 조성물.
99. 항목 96, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 35% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, MSC 조성물.
100. 항목 96, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 50% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, MSC 조성물.
101. 항목 96, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 65% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, MSC 조성물.
102. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 기판 상에 인쇄되는, MSC 조성물.
103. 항목 102, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 기판 상에 인쇄된 후에 붕괴되지 않는, MSC 조성물.
104. 항목 102, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 직접 잉크 쓰기(direct ink writing, DIW)를 통해 기판 상에 인쇄되는, MSC 조성물.
105. 항목 102, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 압출-기반 적층 제조를 통해 기판 상에 인쇄되는, MSC 조성물.
106. 항목 102, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 노즐을 통해 기판 상에 인쇄되는, MSC 조성물.
107. 항목 102, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 부착된 팁을 포함하는 주사기를 통해 기판 상에 인쇄되는, MSC 조성물.
108. 항목 107, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 부착된 팁의 내경은 약 20 μm 내지 약 2 mm인, MSC 조성물.
109. 항목 102, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 두 개 이상의 층이고, 잉크 조성물은 층별로 기판 상에 인쇄되는, MSC 조성물.
110. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 3D 구조를 제공하는, MSC 조성물.
111. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 점탄성인, MSC 조성물.
112. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 탄성 계수와 점성 계수를 갖고, 탄성 계수는 약 0.01 Hz 내지 약 10 Hz의 주파수에서 측정될 때 점성 계수보다 큰, MSC 조성물.
113. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 항복 응력을 갖는, MSC 조성물.
114. 항목 113, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 항복 응력은 압출기 노즐에서 극복될 수 있는, MSC 조성물.
115. 항목 113, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 항복 응력보다 높은 전단-박화 거동을 나타내는, MSC 조성물.
116. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 각각 약 1 μm 내지 약 100 μm의 높이를 갖는, MSC 조성물.
117. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 전극을 포함하는, MSC 조성물.
118. 항목 117, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 1 μm 내지 약 100 μm의 높이를 갖는, MSC 조성물.
119. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 제 1 전극을 포함하고 선택적으로 제 2 전극을 포함하는, MSC 조성물.
120. 항목 119, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 제 1 및 제 2 전극은 인터디지털 구성으로 기판 상에 접촉되는, MSC 조성물.
121. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 집전체(current collector)를 포함하는, MSC 조성물.
122. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 유리, 종이, 텍스타일, 고분자 필름, 고분자 코팅, 무기 필름, 무기 코팅, Si 웨이퍼, SiO2 웨이퍼, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, MSC 조성물.
123. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 텍스타일이고, 텍스타일은 천(cloth)인, MSC 조성물.
124. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 텍스타일이고, 텍스타일은 패브릭(fabric)인, MSC 조성물.
125. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 콜로이드 분산액으로부터 제조된 필름인, MSC 조성물.
126. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 나노물질 분산액으로부터 제조된 필름인, MSC 조성물.
127. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 착용 가능한 조성물인, MSC 조성물.
128. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 내에는 단단한 물질이 있는, MSC 조성물.
129. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 내에는 유연한 물질이 있는, MSC 조성물.
130. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 2 개의 층을 포함하는, MSC 조성물.
131. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 5 개의 층을 포함하는, MSC 조성물.
132. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 10 개의 층을 포함하는, MSC 조성물.
133. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터는 상온에서 제작되는, MSC 조성물.
134. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 체적 정전용량(volumetric capacitance)을 갖는, MSC 조성물.
135. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 100 F cm-3 내지 약 1000 F cm-3의 체적 정전용량을 갖는, MSC 조성물.
136. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 200 F cm-3 내지 약 800 F cm-3의 정전용량을 갖는, MSC 조성물.
137. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 300 F cm-3 내지 약 500 F cm-3의 체적 정전용량을 갖는, MSC 조성물.
138. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 0.1 F cm-2 내지 약 25 F cm-2의 면적 정전용량(areal capacitance)을 갖는, MSC 조성물.
139. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-2 내지 약 25 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는, MSC 조성물.
140. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-2 내지 약 20 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는, MSC 조성물.
141. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 5 F cm-2 내지 약 15 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는, MSC 조성물.
142. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 μWh cm-2 내지 약 1000 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는, MSC 조성물.
143. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 10 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는, MSC 조성물.
144. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 50 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는, MSC 조성물.
145. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 100 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는, MSC 조성물.
146. 항목 55, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물이고, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 선택적으로 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 연결될 수 있는, MSC 조성물.
147. 항목 146, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 직렬로 연결되는, MSC 조성물.
148. 항목 146, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 병렬로 연결되는, MSC 조성물.
149. 잉크 조성물을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
- 분산액을 형성하기 위해 용매에 2D 재료를 분산시키는 단계, 및
- 분산액을 농축하는 단계를 포함하는 방법.
150. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료를 분산시키는 단계는 2D 재료와 용매를 결합시켜 분산액을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
151. 항목 150, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료를 분산시키는 단계는 분산액을 초음파 처리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
152. 항목 151, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 분산액을 초음파 처리하는 단계는 팁 초음파 처리(tip sonication)를 포함하는, 방법.
153. 항목 152, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 팁 초음파 처리는 약 5 분 내지 약 120 분 동안 수행되는, 방법.
154. 항목 152, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 팁 초음파 처리는 약 15 분 내지 약 100 분 동안 수행되는, 방법.
155. 항목 152, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 팁 초음파 처리는 약 25 분 내지 약 35 분 동안 수행되는, 방법.
156. 항목 151, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 분산액을 초음파 처리하는 단계는 용매에 분산된 플레이크를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
157. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 박리되어 있는, 방법.
158. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 용매 내에서 단일 층으로 배열되는, 방법.
159. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 750 mg/ml인, 방법.
160. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 500 mg/ml인, 방법.
161. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 100 mg/ml 내지 약 400 mg/ml인, 방법.
162. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 250 mg/ml 내지 약 350 mg/ml인, 방법.
163. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 250 μm인, 방법.
164. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 0.35 μm인, 방법.
165. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 1 μm인, 방법.
166. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm내지 약 200 μm인, 방법.
167. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm내지 약 100 μm인, 방법.
168. 항목 156, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm 내지 약 50 μm인, 방법.
169. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 분산액을 농축하는 단계는 고흡수성 고분자 비드(superabsorbent polymer bead)를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
170. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 콜로이드 입자, 콜로이드 분산액, 콜로이드 현탁액, 2D 나노물질, 나노물질 분산액, 나노물질 현탁액, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는, 잉크 조성물.
171. 항목 170, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 콜로이드 분산액인, 방법.
172. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 첨가제가 없는, 잉크 조성물.
173. 항목 172, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 전도성 재료인, 방법.
174. 항목 172, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 고분자 바인더인, 방법.
175. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 계면활성제가 없는, 방법.
176. 항목 175, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 음이온성인, 방법.
177. 항목 175, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 양이온성인, 방법.
178. 항목 175, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 비이온성인, 방법.
179. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 이차 용매가 없는, 방법.
180. 항목 179, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 이차 용매는 유기 용매인, 방법.
181. 항목 179, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 이차 용매는 무기 용매인, 방법.
182. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 2D 나노물질인, 방법.
183. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 전기 전도성인, 방법.
184. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 멕신 조성물인, 방법.
185. 항목 184, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 탄화물인, 방법.
186. 항목 184, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 질화물인, 방법.
187. 항목 184, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 일반식 Mn+1XnTx(n-1, 2, 또는 3)을 갖고, 여기서 M은 전이 금속을 나타내고, X는 탄소 및/또는 질소이며, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 방법.
188. 항목 187, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, M은 Ti, Cr, V, Mo, Zr, Sc, Mn, Nb, Y, W, Ta, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
189. 항목 187, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
190. 항목 187, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
191. 항목 184, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 Ti3C2Tx이고, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 방법.
192. 항목 191, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
193. 항목 191, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
194. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 약 20 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 비정전용량을 포함하는, 방법.
195. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매는 물인, 방법.
196. 항목 195, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 15% 내지 약 85%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
197. 항목 195, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 25% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
198. 항목 195, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 35% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
199. 항목 195, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 50% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
200. 항목 195, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 65% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
201. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 용매에 분산되어 있는, 방법.
202. 항목 201, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 용매에 분산된 플레이크를 포함하는, 방법.
203. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 박리되어 있는, 방법.
204. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 용매 내에서 단일 층으로 배열되는, 방법.
205. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 750 mg/ml인, 방법.
206. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 500 mg/ml인, 방법.
207. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 100 mg/ml 내지 약 400 mg/ml인, 방법.
208. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 250 mg/ml 내지 약 350 mg/ml인, 방법.
209. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 250 μm인, 방법.
210. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 0.35 μm인, 방법.
211. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 1 μm인, 방법.
212. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm내지 약 200 μm인, 방법.
213. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm내지 약 100 μm인, 방법.
214. 항목 202, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm 내지 약 50 μm인, 방법.
215. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 점탄성인, 방법.
216. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 탄성 계수와 점성 계수를 갖고, 탄성 계수는 약 0.01 Hz 내지 약 10 Hz의 주파수에서 측정될 때 점성 계수보다 큰, 방법.
217. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 항복 응력을 갖는, 방법.
218. 항목 217, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 항복 응력은 압출기 노즐에서 극복될 수 있는, 방법.
219. 항목 217, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 항복 응력보다 높은 전단-박화 거동을 나타내는, 방법.
220. 항목 149, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 3차원(3D) 프린팅용으로 구성되는, 방법.
221. 항목 220, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 마이크로-슈퍼커패시터의 3D 프린팅용으로 구성되는, 방법.
222. 항목 220, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 에너지 저장 용도, 전자 장치, 전자기기 차폐 센서, 안테나, 생의학 응용, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작업을 위한 3D 프린팅용으로 구성되는, 방법.
223. 장치를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:
- 분산액을 형성하기 위해 용매에 2D 재료를 분산시키는 단계, 및
- 기판 상에 분산액을 인쇄하는 단계를 포함하는 방법.
224. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 장치는 상온에서 제작되는, 방법.
225. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 장치를 제작하는 방법은 공기 중에서 장치를 건조시키는 단계를 더 포함하는 방법.
226. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 콜로이드 입자, 콜로이드 분산액, 콜로이드 현탁액, 2D 나노물질, 나노물질 분산액, 나노물질 현탁액, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는, 잉크 조성물.
227. 항목 226, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 콜로이드 분산액인, 방법.
228. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 첨가제가 없는, 잉크 조성물.
229. 항목 228, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 전도성 재료인, 방법.
230. 항목 228, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 고분자 바인더인, 방법.
231. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 계면활성제가 없는, 방법.
232. 항목 231, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 음이온성인, 방법.
233. 항목 231, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 양이온성인, 방법.
234. 항목 231, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 계면활성제는 비이온성인, 방법.
235. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물에는 실질적으로 이차 용매가 없는, 방법.
236. 항목 235, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 이차 용매는 유기 용매인, 방법.
237. 항목 235, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 이차 용매는 무기 용매인, 방법.
238. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료와 용매는 잉크 조성물을 형성하는, 방법.
239. 항목 238, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 2D 나노물질인, 방법.
240. 항목 238, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 전기 전도성인, 방법.
241. 항목 238, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 멕신 조성물인, 방법.
242. 항목 241, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 탄화물인, 방법.
243. 항목 241, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 질화물인, 방법.
244. 항목 241, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 일반식 Mn+1XnTx(n-1, 2, 또는 3)을 갖고, 여기서 M은 전이 금속을 나타내고, X는 탄소 및/또는 질소이며, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 방법.
245. 항목 244, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, M은 Ti, Cr, V, Mo, Zr, Sc, Mn, Nb, Y, W, Ta, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
246. 항목 244, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
247. 항목 244, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
248. 항목 241, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 Ti3C2Tx이고, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 방법.
249. 항목 248, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
250. 항목 248, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
251. 항목 238, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 용매에 분산되어 있는, 방법.
252. 항목 251, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 재료는 용매에 분산된 플레이크를 포함하는, 방법.
253. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 박리되어 있는, 방법.
254. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 용매 내에서 단일 층으로 배열되는, 방법.
255. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 750 mg/ml인, 방법.
256. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 500 mg/ml인, 방법.
257. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 100 mg/ml 내지 약 400 mg/ml인, 방법.
258. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 250 mg/ml 내지 약 350 mg/ml인, 방법.
259. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 250 μm인, 방법.
260. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 0.35 μm인, 방법.
261. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 1 μm인, 방법.
262. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm내지 약 200 μm인, 방법.
263. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm내지 약 100 μm인, 방법.
264. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm 내지 약 50 μm인, 방법.
265. 항목 252, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 기판 상에 접촉될 때 수평으로 정렬되는, 방법.
266. 항목 238, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매는 물인, 방법.
267. 항목 266, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 15% 내지 약 85%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
268. 항목 266, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 25% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
269. 항목 266, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 35% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
270. 항목 266, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 50% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
271. 항목 266, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 약 65% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함하는, 방법.
272. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 기판 상에 인쇄되는, 방법.
273. 항목 272, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 기판 상에 인쇄된 후에 붕괴되지 않는, 방법.
274. 항목 272, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 직접 잉크 쓰기(DIW)를 통해 기판 상에 인쇄되는, 방법.
275. 항목 272, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 압출-기반 적층 제조를 통해 기판 상에 인쇄되는, 방법.
276. 항목 272, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 노즐을 통해 기판 상에 인쇄되는, 방법.
277. 항목 272, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 부착된 팁을 포함하는 주사기를 통해 기판 상에 인쇄되는, 방법.
278. 항목 277, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 부착된 팁의 내경은 약 20 μm 내지 약 2 mm인, 방법.
279. 항목 272, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 두 개 이상의 층이고, 잉크 조성물은 층별로 기판 상에 인쇄되는, 방법.
280. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 3D 구조를 제공하는, 방법.
281. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 점탄성인, 방법.
282. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 탄성 계수와 점성 계수를 갖고, 탄성 계수는 약 0.01 Hz 내지 약 10 Hz의 주파수에서 측정될 때 점성 계수보다 큰, 방법.
283. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 항복 응력을 갖는, 방법.
284. 항목 283, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 항복 응력은 압출기 노즐에서 극복될 수 있는, 방법.
285. 항목 283, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 항복 응력보다 높은 전단-박화 거동을 나타내는, 방법.
286. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 각각 약 1 μm 내지 약 100 μm의 높이를 갖는, 방법.
287. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 전극을 포함하는, 방법.
288. 항목 287, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 1 μm 내지 약 100 μm의 높이를 갖는, 방법.
289. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 제 1 전극을 포함하고 선택적으로 제 2 전극을 포함하는,방법.
290. 항목 289, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 제 1 및 제 2 전극은 인터디지털 구성으로 기판 상에 접촉되는, 방법.
291. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 집전체를 포함하는, 방법.
292. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 유리, 종이, 텍스타일, 고분자 필름, 고분자 코팅, 무기 필름, 무기 코팅, Si 웨이퍼, SiO2 웨이퍼, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
293. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 텍스타일이고, 텍스타일은 천인, 방법.
294. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 텍스타일이고, 텍스타일은 패브릭인, 방법.
295. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 콜로이드 분산액으로부터 제조된 필름인, 방법.
296. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 나노물질 분산액으로부터 제조된 필름인, 방법.
297. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판은 착용 가능한 조성물인, 방법.
298. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 내에는 단단한 물질이 있는, 방법.
299. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 기판 내에는 유연한 물질이 있는, 방법.
300. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 2 개의 층을 포함하는, 방법.
301. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 5 개의 층을 포함하는, 방법.
302. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 10 개의 층을 포함하는, 방법.
303. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터는 상온에서 제작되는, 방법.
304. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 체적 정전용량을 갖는, 방법.
305. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 100 F cm-3 내지 약 1000 F cm-3의 체적 정전용량을 갖는, 방법.
306. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 200 F cm-3 내지 약 800 F cm-3의 정전용량을 갖는, 방법.
307. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 300 F cm-3 내지 약 500 F cm-3의 체적 정전용량을 갖는, 방법.
308. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 0.1 F cm-2 내지 약 25 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는, 방법.
309. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-2 내지 약 25 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는, 방법.
310. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-2 내지 약 20 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는, 방법.
311. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 5 F cm-2 내지 약 15 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는, 방법.
312. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 μWh cm-2 내지 약 1000 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는, 방법.
313. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 10 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는, 방법.
314. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 50 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는, 방법.
315. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 100 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는, 방법.
316. 항목 223, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물이고, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 선택적으로 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 연결될 수 있는, 방법.
317. 항목 316, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 직렬로 연결되는, 방법.
318. 항목 316, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 병렬로 연결되는, 방법.
319. - 배터리 조성물과,
- 첨가제, 및
- 용매를 포함하는 전도성 재료.
320. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 멕신 조성물인, 전도성 재료.
321. 항목 320, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 탄화물인, 전도성 재료.
322. 항목 320, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 전이 금속 질화물인, 전도성 재료.
323. 항목 320, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 일반식 Mn+1XnTx(n-1, 2, 또는 3)을 갖고, 여기서 M은 전이 금속을 나타내고, X는 탄소 및/또는 질소이며, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 전도성 재료.
324. 항목 323, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, M은 Ti, Cr, V, Mo, Zr, Sc, Mn, Nb, Y, W, Ta, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
325. 항목 323, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
326. 항목 323, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
327. 항목 320, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 Ti3C2Tx이고, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 전도성 재료.
328. 항목 327, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
329. 항목 327, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
330. 항목 320, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 멕신 조성물은 2D 멕신 시트를 포함하는, 전도성 재료.
331. 항목 330, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 멕신 시트는 약 0.5 μm 내지 약 1 μm의 길이를 갖는, 전도성 재료.
332. 항목 330, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 멕신 시트는 약 0.8 μm의 길이를 갖는, 전도성 재료.
333. 항목 330, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 멕신 시트는 약 1 nm 내지 약 2 nm의 두께를 갖는, 전도성 재료.
334. 항목 330, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 멕신 시트는 약 1.6 nm의 두께를 갖는, 전도성 재료.
335. 항목 330, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 멕신 시트는 약 400 내지 약 600의 종횡비를 갖는, 전도성 재료.
336. 항목 330, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 2D 멕신 시트는 약 500의 종횡비를 갖는, 전도성 재료.
337. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 전도성 조성물인, 전도성 재료.
338. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 결합제인, 전도성 재료.
339. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매는 물을 포함하는, 전도성 재료.
340. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매는 본질적으로 물로 이루어지는, 전도성 재료.
341. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 용매는 물로 이루어지는, 전도성 재료.
342. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 열적으로 안정한, 전도성 재료.
343. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 애노드 재료 또는 캐소드 재료인, 전도성 재료.
344. 항목 343, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 애노드 재료 또는 캐소드 재료는 Li-이온, Na-이온, Mg-이온, Al-이온, Ca-이온, Zn-이온, 및 이들의 임의의 조합용인, 전도성 재료.
345. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 철 인산염, 리튬 티탄산염, 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 흑연, 황, 실리콘, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
346. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 철 인산염인, 전도성 재료.
347. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 티탄산염인 전도성 재료.
348. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 코발트 산화물인, 전도성 재료.
349. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 철 인산염인,전도성 재료.
350. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 망간 산화물인, 전도성 재료.
351. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물인, 전도성 재료.
352. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 니켈 망간 코발트 산화물인, 전도성 재료.
353. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 흑연인, 전도성 재료.
354. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 황인, 전도성 재료.
355. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 실리콘인, 전도성 재료.
356. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 전이 금속 산화물인, 전도성 재료.
357. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 나노입자 조성물인, 전도성 재료.
358. 항목 357, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 나노입자 조성물은 리튬 철 인산염 나노입자, 리튬 티탄산 나노입자, 리튬 코발트 산화물 나노입자, 리튬 철 인산염 나노입자, 리튬 망간 산화물 나노입자, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 나노입자, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물 나노입자, 흑연 나노입자, 황 나노입자, 실리콘 나노입자, 전이금속 산화물 나노입자, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
359. 항목 358, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 조성물은 리튬 철 인산염 나노입자를 포함하는, 전도성 재료.
360. 항목 359, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 리튬 철 인산염 나노입자는 약 1 nm 내지 약 1000 nm의 직경을 갖는, 전도성 재료.
361. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전도성 재료는 최대 약 80%(wt%)의 배터리 조성물을 포함하는 전도성 재료.
362. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전도성 재료는 알긴산나트륨을 더 포함하는 전도성 재료.
363. 항목 319, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전도성 재료는 잉크 조성물로 구성되는 전도성 재료.
364. 항목 363, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 점탄성인, 전도성 재료.
365. 항목 363, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 탄성 계수와 점성 계수를 갖고, 탄성 계수는 약 0.01 Hz 내지 약 10 Hz의 주파수에서 측정될 때 점성 계수보다 큰, 전도성 재료.
366. 항목 363, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 3차원(3D) 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
367. 항목 366, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 3D 프린팅은 압출 기반 적층 제조를 포함하는, 전도성 재료.
368. 항목 367, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전도성 재료는 압출기 노즐을 통해 압출되는, 전도성 재료.
369. 항목 368, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 첨가제는 용매에 분산된 플레이크를 포함하는, 전도성 재료.
370. 항목 369,임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크는 압출기 노즐에 의해 유도된 전단력으로 인해 압출 방향으로 정렬되는, 전도성 재료.
371. 항목 370, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 플레이크의 정렬은 잉크 조성물의 전기 전도성을 향상시키는, 전도성 재료.
372. 항목 368, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 압출기 노즐은 약 2.5 psi 내지 5 psi에서부터 약 16 psi 내지 25 psi까지의 인쇄 압력을 포함하는, 전도성 재료.
373. 항목 366, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 전도성 구조의 3차원(3D) 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
374. 항목 373, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전도성 구조는 후-처리를 필요로 하지 않는, 전도성 재료.
375. 항목 366, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 마이크로-슈퍼커패시터의 3D 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
376. 항목 366, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 배터리의 3D 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
377. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리는 약 1 mAh-2 내지 약 6 mAh cm-2의 면적 용량을 포함하는, 전도성 재료.
378. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리는 집전체를 포함하는, 전도성 재료.
379. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리는 전극을 포함하는, 전도성 재료.
380. 항목 379, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 낮은 시트 저항(sheet resistance)을 포함하는, 전도성 재료.
381. 항목 379, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 다공성 구조를 포함하는, 전도성 재료.
382. 항목 379, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리는 Ti3C2Tz-LFP 전극을 포함하는, 전도성 재료.
383. 항목 382, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 0.2 mA cm-2의 비전류 밀도(specific current density)에서 약 5.05 mAh cm-2의 면적 비용량(areal specific capacity)을 포함하는, 전도성 재료.
384. 항목 382, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 0.3 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 4.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
385. 항목 382, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 0.5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 3.9 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
386. 항목 382, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2.4 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
387. 항목 382, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 1.5 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
388. 항목 379, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리는 Ti3C2Tz-LTO 전극을 포함하는, 전도성 재료.
389. 항목 388, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 0.1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 5.8 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
390. 항목 388, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 0.2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 5.4 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
391. 항목 388, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 0.5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 5.0 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
392. 항목 388, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 4.5 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
393. 항목 388, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 3.6 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
394. 항목 388, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 전극은 약 5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2.1 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
395. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 절반-셀(half-cell)는 약 100%의 쿨롱 효율(Coulombic efficiency)을 포함하는, 전도성 재료.
396. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 완전-셀(full-cell)은 약 0.1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 4.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
397. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 완전-셀은 약 0.2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 3.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
398. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 완전-셀은 약 0.3 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
399. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 완전-셀은 약 0.5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2.25 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
400. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 완전-셀은 약 0.6 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
401. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 완전-셀은 약 1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 1.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
402. 항목 376, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 배터리 완전-셀은 약 2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 1.1 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함하는, 전도성 재료.
403. 항목 366, 임의의 다른 적합한 항목, 또는 적합한 항목들의 임의의 조합에 있어서, 잉크 조성물은 에너지 저장 용도, 전자 장치, 전자기기 차폐 센서, 안테나, 생의학 응용, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작업을 위한 3D 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
도 1A 내지 도 1F는 멕신 잉크 제조 및 290 mg mL-1(~28.9 wt%) 멕신 잉크 유변학의 개략도를 도시한다. 도 1A는 단일 층 플레이크를 확인하는 초기 멕신 분산액의 AFM 이미지이다. 인서트는 멕신 플레이크의 높이 프로필이다. 도 1B는 저농도 및 고농도에서의 멕신 용액의 개략도이고; 분산액에 SAP 비드를 추가하면 균일하게 농축된 멕신 용액이 생성된다. 정상 전단 유변학적 거동(도 1C) 블루 다이아몬드 점도 및 라인 허쉘-벌클리 모델 핏(Herschel-Bulkley model fit), 및 항복 응력에서 극적인 점도 강하를 강조한다(도 1D). 작은 진폭 진동 전단(SAOS) 데이터(도 1E)는 G'(다이아몬드의 상단 선)가 G"(다이아몬드의 하단 선)보다 크고, 측정된 주파수 범위에 걸쳐 G'가 거의 일정한 것을 보여주며, 비율 측정된 주파수 범위에 걸쳐 G"에 대한 G'의 비율을 보여준다(도 1F). 참고: 오차 막대는 표준 오차를 나타낸다(SAOS 데이터의 경우 n = 5, 정상 전단 데이터의 경우 n = 10).
도 2A는 제조된 Ti3C2Tx 분산액에서 과잉 수분을 제거하고 농도를 높이기 위해 고흡수성 수지(SAP) 볼을 사용하는 것을 보여준다. 도 2B는 3D 프린팅용으로 제조된 고농축 멕신 잉크를 보여준다. 잉크는 적합한 점탄성 특성을 나타냈다. 도 2C는 개발된 잉크에서 멕신 플레이크의 대표적인 AFM 이미지를 보여준다. 잉크 내의 멕신 플레이크의 평균 크기는 0.3 μm이다.
도 3A 내지 도 3E는 제조된 멕신 잉크가 다양한 설계와 층 수를 갖는 MSC를 인쇄하는 데 사용되었음을 보여준다. 도 3A 및 도 3B는 건조 전의 인쇄된 인터디지털 MSC를 보여준다. 도 3C는 건조 후의 MSC-1 및 MSC-2의 상면 이미지를 보여준다. 도 3D는 건조 전의 유리 기판 상에 인쇄된 MSC-12 장치의 사진을 보여주고, 기판에 대한 인쇄된 전극의 우수한 접착력 및 습윤 상태에서의 인쇄된 전극의 안정성을 보여주고 있다. 도 3E는 유리 기판 상에 15개 세트의 인터디지털 전극이 있는 장치를 높은 정확도로 인쇄하는 것을 보여준다.
도 4A는 인터디지털 아키텍처를 갖는 MSC의 3D 프린팅을 보여주는 개략도를 도시한다. 노즐에서 유도된 전단 응력은 플레이크를 정렬하여 노즐 이동 방향으로 수평 정렬을 만든다. 인쇄된 전극의 높이는 추가 층을 인쇄함으로써 증가될 수 있다. 도 4B는 건조 전의 유리 기판 상에 인쇄된 MSC-10 장치의 광학 이미지를 보여준다. 도 4C는 제조된 멕신 잉크를 사용하여 고분자 기판 상에 인쇄된 오번 대학교(Auburn University) 로고의 광학 이미지를 보여준다(오번 대학교의 허가를 받음, copyright 2019, Auburn University). 도 4D 및 도 4E는 Ti3C2Tx 플레이크가 조밀하게 적층되고 수평으로 정렬되어 있음을 보여주는 서로 다른 배율의 MSC-10 장치의 전극의 단면 SEM 이미지를 보여준다. 도 4F는 Ti3C2Tx 플레이크의 정렬을 보여주는 MSC-10의 측면 SEM 이미지를 보여준다. 유리와 고분자 기판 상에 각각 인쇄된MSC-1 장치(도 4G)와 MSC-5 장치(도 4H)의 평면 SEM 이미지.
도 5A 내지 도 5F는 유리 기판 상에 다양한 두께의 3D 인쇄된 인터디지털 전극의 SEM 이미지를 보여준다. 도 5A 및 도 5B는 각각 MSC-1와 MSC-7의 평면 SEM 이미지를 보여준다. 이들 이미지는 설계된 전극 형태를 복제할 때의 인쇄 공정의 정확도를 보여준다. 첫 번째 인쇄된 층은 나중에 인쇄된 층보다 더 넓다(스케일 바는 100 μm임). 도 5C 및 도 5D는 저배율(100X) 및 고배율(430X)로 노즐 이동 방향으로의 멕신 플레이크의 장거리 수평 방향을 보여주는 측면 SEM 이미지를 보여준다(스케일 바는 각각 100 μm 및 10 μm임). 도 5E 및 도 5F는 플레이크의 정렬을 보여주는 10개의 인쇄된 층이 있는 전극의 고배율 단면 이미지를 보여준다(스케일 바는 10 μm임).
도 6A 내지 도 6F는 고분자 기판 상에 인쇄된 다양한 두께의 3D MSCF 장치의 SEM 이미지를 보여준다. 도 6A는 건조 후의 연속 필름의 형성을 보여주는 MSCF-1 장치의 평면 SEM 이미지를 보여준다(스케일 바는 10 μm임). 도 6B는 저배율을 보여주고(스케일 바는 1 mm임), 도 6C는 고분자 기판 상에 인쇄된 MSCF-5 장치의 고배율 SEM 이미지를 보여준다(스케일 바는 100 μm임). 고분자 기판의 경우, 고분자 기판 상의 잉크의 더 높은 접촉각으로 인해 첫 번째 인쇄된 층(집전체)은 유리 기판 상의 첫 번째 인쇄된 층만큼 넓지 않았다. 도 6D는 저배율을 보여주고, 도 6E는 MSCF-5의 고배율 측면 SEM 이미지를 보여주며(스케일 바는 각각 100 μm 및 10 μm임), 노즐 이동 방향으로의 멕신 플레이크의 장거리 수평 방향을 보여준다. 도 6F는 MSCF-5 장치 내의 전극의 고배율 단면 SEM 이미지를 보여준다(스케일 바는 10 μm임).
도 7A 내지 도 7D는 종이 기판 상에 인쇄된 다양한 두께의 3D 인쇄된 인터디지털 전극의 SEM 이미지를 보여준다. 전극 MSC-1(도 7A) 및 MSC-4(도 7B)의 저배율(12X) 평면도 SEM 이미지(스케일 바는 1 mm임). 도 7C와 도 7D는 각각 핑거와 코너를 보여주는 종이 기판 상에 인쇄된 MSC-4의 평면 이미지를 보여준다(스케일 바는 100 μm임).
도 8A 내지 도 8F는 SiO2/Si 웨이퍼 기판 상에 인쇄된 다양한 두께의 3D interdigital 전극의 SEM 이미지를 보여준다. 도 8A 및 도 8B는 각각 MSC-1 및 MSC-2의 저배율 평면 SEM 이미지를 보여준다(스케일 바는 1 mm임). 도 8C 및 도 8D는 각각 MSC-1 및 MSC-2 인쇄 장치의 집전체 및 핑거 접합부를 보여준다(스케일 바는 100 μm임). 도 8E 및 도 8F는 각각 MSC-1 및 MSC-2 핑거팁을 보여준다.
도 9A 내지 도 9F는 완전-멕신 MSC의 전기화학적 성능을 보여준다. 도 9A는 다양한 스캔 속도에서의 MSC-1의 CV 곡선을 보여준다. 도 9B는 다양한 MSC에 대한 5 mV s-1에서의 CV 곡선을 보여준다. 도 9C는 다양한 전류 밀도에서의 MSC-1에 대한 전압 대 시간 곡선을 보여준다. 도 9D는 다양한 MSC에 대한 0.5 mA cm-2에서의 전압 대 시간 곡선을 보여준다. 도 9E는 다양한 제작된 MSC에 대한 스캔 속도의 함수로서 면적 정전용량을 보여준다. 삽입된 그래프는 인쇄된 전극의 질량 로딩의 함수로서 방정식 2에 피팅 데이터에서 파생된 CA를 보여준다. 점선 곡선은 방정식 2에 맞는 데이터를 나타낸다. 도 9F는 다양한 MSC에 대한 전류 밀도 대 스캔 속도(V=0.3 V)를 보여준다.
도 10A 및 도 10B는 제작된 MSC의 전기화학적 성능을 보여준다. 도 10A는 2 mV s-1의 스캔 속도에서의 CV 곡선을 도시하고, 도 10B는 MSC-1, MSC-2, MSC-5 및 MSC-10에 대한 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)을 도시한다.
도 11A 내지 도 11F는 유리 기판 상에 3D 인쇄된 인터디지털 장치에 대한 전기화학적 테스트 결과(CV 및 GCD)를 보여준다. 도 11A 내지 도 11C는 각각 MSC-2, MSC-5, 및 MSC-10에 대한 정규화된 CV 곡선을 보여준다. 도 11D 내지 도 11F는 각각 MSC-2, MSC-5, 및 MSC-10에 대한 GCD 곡선을 보여준다. MSC-1, MSC-2, MSC-5, MSC-10의 면적당 활물질 로딩은 각각3.54 mg cm-2, 4.33 mg cm-2, 6.73 mg cm-2, 및 10.72 mg cm-2인 것으로 계산되었다.
도 12A 내지 도 12G는 고분자 기판 상에 인쇄된 완전-멕신 MSC의 전기화학적 성능을 보여준다. 도 12A는 반복되는 굽힘 및 비틀림 동안의 기판에 대한 우수한 접착력을 나타내는 인쇄된 장치를 보여준다. 도 12B는 다양한 스캔 속도에서의 MSCF-1의 CV 곡선을 보여준다. 도 12C는 다양한 MSCF에 대한 5 mV s-1에서의 CV 곡선을 보여준다. 도 12D는 다양한 유연한 MSCF에 대한 스캔 속도 대 면적 정전용량을 보여준다. 삽입된 그래프는 MSCF 내의 전극의 질량 로딩의 함수로서 실험 데이터를 방정식 2에 피팅하여 파생된 CA를 보여준다. 도 12E는 다양한 굽힘 각도(60°에서 시작하여 120°, 180°, 및 0°) 및 10 mV s-1 스캔 속도에서의 MSCF-1의 전기화학적 성능을 보여준다. 도 12F는 다양한 굽힘 각도에서의 MSCF-1 장치에 대한 스캔 속도 대 면적 정전용량을 보여준다. 삽입된 그래프는 다양한 굽힘 각도에서 MSCF-1 장치에 대해 방정식 2에 따라 계산된 τ를 보여준다. 도 12G는 직렬로 연결된 여러 셀에 대해 0.2 mA cm-2에서의 제작된 MSC의 전압 프로파일을 보여준다. (d), (f)에서 점선은 방정식 2의 적합성을 보여준다.
도 13A 내지 도 13C는 각각 인쇄용으로 사용된 고분자, Si/SiO2 웨이퍼, 및 유리 기판의 AFM 이미지를 보여준다. 도 13D는 다양한 거칠기를 나타내는 다양한 기판의 높이 프로파일을 보여준다. 도 13E 내지 도 13G는 각각 유리, 고분자, 및 종이 기판과의 멕신 잉크 접촉각을 보여준다. 기판의 표면 특성의 차이로 인해 유리 및 Si/SiO2 웨이퍼 기판 상에 더 넓게 인쇄된 층이 생성되었다.
도 14A 및 도 14B는 종이 기판 상에 3D 인쇄된 인터디지털 장치에 대한 전기화학적 결과를 보여준다. 도 14A 및 도 14B는 각각 CV 곡선 및 계산된 면적 정전용량을 보여준다. 점선은 방정식 2에 대한 계산된 정전용량의 피팅을 나타낸다.
도 15A 및 도 15B는 이전에 보고된 데이터와 비교하여 제작된 장치의 면적(도 15A)과 체적 에너지 및 전력 밀도(도 15B)를 보여주는 라곤 플롯(ragone plot)을 도시한다.
도 16A 내지 도 16I는 멕신 기반 잉크 제조 및 특성화를 보여준다. 도 16A 내지 도 16C는 각각 잉크 개발, 인쇄, 및 전극 구조의 개략도를 도시한다. 도 16D는 Ti3C2Tz 플레이크의 AFM 이미지를 보여주며, 멕신 분산액이 단일 층 플레이크로 구성되어 있음을 보여준다. 도 16E 및 도 16F는 각각 나노입자가 멕신 분산액에 균일하게 혼합되어 있음을 보여주는 Ti3C2Tz+LFP 잉크의 SEM 이미지 및 EDS 분석을 보여준다. 도 16G 및 도 16H는 각각 Ti3C2Tz+LTO 잉크의 SEM 이미지 및 EDS 분석을 보여준다. 도 16I는 혼합 후 상 변화가 없음을 확인하는 개발된 잉크의 XRD를 보여준다.
도 17A 내지 도 17D는 멕신 기반 잉크의 인쇄 가능성에 대한 인쇄 매개변수의 영향을 보여준다. 도 17A및 도 17B는 순수 멕신 잉크로 인쇄된 선 폭(게이지 25)에 대한 P(일정한 SN, H에서) 및 SN(일정한 P, H에서)을 변경하는 효과를 보여준다. 도 17C는 멕신 및 멕신-LFP 잉크에 대한 인쇄된 층 수의 함수로서 활물질의 로딩 및 인쇄된 특징의 높이를 보여준다. 도 17D는 멕신 및 멕신-LFP 잉크에 대한 인쇄된 층 수의 함수로 플롯된 시트 저항(Rs)을 보여준다.
도 18A 및 도 18B는 작은 H의 효과를 보여주는 인쇄된 멕신+LFP 잉크의 SEM 이미지를 도시한다. 도 18A는 평면 이미지를 도시하고, 도 18B는 단면 이미지를 도시한다.
도 19A 내지 도 19C는 선 폭에 대한 인쇄 매개변수의 영향을 보여준다. 도 19A 내지 도 19C는 각각 인쇄된 멕신+LFP 잉크의 선 폭에 대한 P, SN, 및 H의 효과를 보여준다.
도 20A 및 도 20B는 작은 MX와 비교하여 MX, MX+LFP, 및 MX+LFP+SA에 대해 수행된 유변학 연구를 보여준다. 도 20A는 정상 전단 유변학이 더 큰 MX 시트 분산액에 대해 전단-박화 거동 및 더 높은 점도를 나타낸다는 것을 보여준다. 도 20B는 진동 거동이 모든 분산액에 대한 전체 주파수 변화에 걸쳐 G"보다 더 큰 G'를 나타낸다는 것을 보여준다. 오차 막대는 표준 편차이다.
도 21A 내지 도 21F는 MX+LFP 잉크를 사용하여 인쇄된 선 및 아키텍처의 광학 및 SEM 이미지를 도시한다. 도 21A는 1, 3, 및 5배 인쇄된 전극 구조의 광학 이미지를 도시한다. 도 21B 및 도 21C는 각각 2배 및 4배 인쇄된 선의 측면 SEM 이미지를 나타낸다. 도 21D는 인쇄된 선의 우수한 기계적 안정성을 나타내는 인쇄된 잉크의 4 개 층의 단면 SEM 이미지를 나타낸다. 도 21E 및 도 21F는 다양한 배율에서 MXene+LFP 및 MXene+LTO 복합 전극의 단면 SEM 이미지를 도시한다.
도 22A내지 도 22F는 3D 인쇄된 멕신 기반 전극의 전기화학적 성능을 보여준다. 도 22A 및 도 22B는 각각 Ti3C2Tz-LFP 및 Ti3C2Tz-LTO의 속도 용량 및 전압 프로파일을 나타낸다. 도 22C 및 도 22D는 3D 인쇄된 Ti3C2Tz-LFP 및 Ti3C2Tz-LTO 전극의 사이클링 성능을 보여준다. 도 22E는 다양한 스캔 속도에서의 3D 인쇄된 Ti3C2Tz-LFP 및 Ti3C2Tz-LTO 완전 셀의 전압 프로파일을 보여준다. 도 22F는 이전에 보고된 값과 비교하여 멕신 기반 3D 인쇄된 셀에 대한 면적 용량 대 전류 밀도를 비교하는 라곤 플롯을 보여준다.
도 23A 내지 도 23C는 3D 인쇄된 완전 셀의 전기화학적 성능을 보여준다. 도 23A는 제작된 3D 인쇄된 리튬 이온 마이크로 배터리의 전기화학적 성능을 평가하는 데 사용된 유리 셀의 개략도를 보여준다. 도 23B는 다양한 스캔 속도에서의 테스트된 완전 셀의 전압 프로파일을 보여준다. 도 23C는 제작된 3D 프린팅 장치의 사이클링 안정성 및 쿨롱 효율을 보여준다.
일 양태에서, 잉크 조성물이 제공된다. 잉크 조성물은 2D 재료와 용매를 포함한다.
일 실시형태에서, 잉크 조성물은 콜로이드 입자, 콜로이드 분산액, 콜로이드 현탁액, 2D 나노물질, 나노물질 분산액, 나노물질 현탁액, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 콜로이드 분산액이다. "콜로이드"라는 용어는 본 기술 분야에 공지되어 있으며, 일반적으로 매질에 분산된 분자 또는 다분자 입자가 적어도 한 방향으로 대략 1 nm 내지 1 μm 범위의 크기를 갖거나, 시스템에서 해당 차수의 거리에서 불연속성이 발견되는 세분화 상태를 의미한다.
일 실시형태에서, 잉크 조성물에는 실질적으로 첨가제가 없다. 본원에서 사용된 "실질적으로 없는"이라는 용어는 물질, 수량 또는 품목의 검출 가능한 양이 0 또는 거의 없음을 의미한다. 예를 들어, 양은 재료, 수량 또는 품목의 2% 미만, 0.5% 미만, 0.1% 미만 또는 0.01% 미만일 수 있다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 첨가제를 포함하지 않는다. 일부 실시형태에서, 첨가제는 전도성 재료이다. 다른 실시형태에서, 첨가제는 고분자 바인더이다.
일 실시형태에서, 잉크 조성물에는 실질적으로 계면활성제가 없다. 일부 실시형태에서, 계면활성제는 음이온성이다. 일부 실시형태에서, 계면활성제는 양이온성이다. 일부 실시형태에서, 계면활성제는 비이온성이다.
일 실시형태에서, 잉크 조성물에는 실질적으로 이차 용매가 없다. 일부 실시형태에서, 계면활성제는 유기 용매이다. 일부 실시형태에서, 계면활성제는 무기 용매이다.
일 실시형태에서, 2D 재료는 2D 나노물질이다. 본원에서 사용된 "나노물질"이라는 용어는 나노미터 단위로 측정된 크기를 갖는 물질을 의미한다. 예를 들어, 이 용어는 약 1,000나노미터 이하 크기의 구조를 갖는 물질을 의미할 수 있다.
일 실시형태에서, 2D 재료는 전기 전도성이다.
일 실시형태에서, 2D 재료는 멕신 조성물이다. 일부 실시형태에서, 멕신 조성물은 전이 금속 탄화물이다. 일부 실시형태에서, 멕신 조성물은 전이 금속 질화물이다. 일부 실시형태에서, 멕신 조성물은 일반식 Mn+1XnTx(n-1, 2, 또는 3)을 갖고, 여기서 M은 전이 금속을 나타내고, X는 탄소 및/또는 질소이며, Tx는 표면 작용기를 나타낸다. 일부 실시형태에서, M은 Ti, Cr, V, Mo, Zr, Sc, Mn, Nb, Y, W, Ta, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택된다. 일부 실시형태에서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택된다. 일부 실시형태에서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택된다. 일부 실시형태에서, 멕신 조성물은 Ti3C2Tx이고, Tx는 표면 작용기를 나타낸다. 일부 실시형태에서, Tx는 =O, =OH, 및 =F로 이루어진 군에서 선택된다. 일부 실시형태에서, Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택된다. 본원에서 사용된 "표면 작용기"라는 용어는 특징적인 화학적 성질 또는 반응을 담당하는 원자 또는 결합의 특정 기를 의미한다.
일 실시형태에서, 2D 재료는 약 20 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 비정전용량을 포함한다. 일 실시형태에서, 2D 재료는 약 100 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 비정전용량을 포함한다. 일 실시형태에서, 2D 재료는 약 100 F cm-3 내지 약 1800 F cm-3의 비정전용량을 포함한다. 일 실시형태에서, 2D 재료는 약 250 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 비정전용량을 포함한다. 일 실시형태에서, 2D 재료는 약 500 F cm-3 내지 약 1800 F cm-3의 비정전용량을 포함한다. 일 실시형태에서, 2D 재료는 약 1000 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 비정전용량을 포함한다. 일 실시형태에서, 2D 재료는 약 1200 F cm-3 내지 약 1800 F cm-3의 비정전용량을 포함한다. 일 실시형태에서, 2D 재료는 약 1200 F cm-3 내지 약 1600 F cm-3의 비정전용량을 포함한다. 일 실시형태에서, 2D 재료는 약 1300 F cm-3 내지 약 1500 F cm-3의 비정전용량을 포함한다.
일 실시형태에서, 용매는 물이다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 약 15% 내지 약 85%(wt%)의 물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 약 25% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 약 35% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 약 50% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 약 65% 내지 약 75%(wt%)의 물을 포함한다.
일 실시형태에서, 2D 재료는 용매에 분산되어 있다. 일부 실시형태에서, 2D 재료는 용매에 분산된 플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 플레이크는 박리되어 있다. 일부 실시형태에서, 플레이크는 용매 내에서 단일 층으로 배열된다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 750 mg/ml이다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 50 mg/ml 내지 약 500 mg/ml이다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 100 mg/ml 내지 약 400 mg/ml이다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 농도는 약 250 mg/ml 내지 약 350 mg/ml다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 250 μm이다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 0.35 μm이다. 여기서 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm 내지 약 1 μm이다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 0.25 μm내지 약 200 μm이다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm내지 약 100 μm이다. 일부 실시형태에서, 용매 중 플레이크의 크기는 약 5 μm 내지 약 50 μm이다.
일 실시형태에서, 잉크 조성물은 점탄성이다. 일 실시형태에서, 잉크 조성물은 탄성 계수와 점성 계수를 갖고, 탄성 계수는 약 0.01 Hz 내지 약 10 Hz의 주파수에서 측정될 때 점성 계수보다 크다.
일 실시형태에서, 잉크 조성물은 항복 응력을 갖는다. 본원에서 사용된 "항복 응력"이라는 용어는 재료가 탄성적으로 거동을 멈추는 응력 수준을 의미한다. 일부 실시형태에서, 항복 응력은 항복 응력은 압출기 노즐에서 극복될 수 있다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 항복 응력보다 높은 전단-박화 거동을 나타낸다.
일 실시형태에서, 잉크 조성물은 3차원(3D) 프린팅으로 구성된다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 마이크로-슈퍼커패시터의 3D 프린팅용으로 구성된다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 에너지 저장 용도, 전자 장치, 전자기기 차폐 센서, 안테나, 생의학 응용, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작업을 위한 3D 프린팅용으로 구성된다.
또 다른 양태에서, 마이크로-슈퍼커패시터(MSC) 조성물이 제공된다. MSC 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층을 포함한다. 잉크 조성물의 이전에 기술된 실시형태는 본원에 기술된 마이크로-슈퍼커패시터(MSC) 조성물에 적용될 수 있다.
일 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 기판 상에 인쇄된다. 일부 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 기판 상에 인쇄된 후에 붕괴되지 않는다. 일부 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 직접 잉크 쓰기(DIW)를 통해 기판 상에 인쇄된다. 일부 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 압출-기반 적층 제조를 통해 기판 상에 인쇄된다. 일부 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 노즐을 통해 기판 상에 인쇄된다. 일부 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 부착된 팁을 포함하는 주사기를 통해 기판 상에 인쇄된다.
일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 20 μm 내지 약 2 mm이다. 일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 1 mm 내지 약 2 mm이다. 일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 20 μm 내지 약 1 mm이다. 일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 20 μm 내지 약 800 μm이다. 일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 100 μm 내지 약 600 μm이다. 일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 200 μm 내지 약 500 μm이다. 일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 200 μm 내지 약 400 μm이다. 일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 200 μm 내지 약 300 μm이다. 일부 실시형태에서, 부착된 팁의 내경은 약 230 μm 내지 약 260 μm이다.
일부 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 2개 이상의 층이다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 층별로 기판 상에 인쇄된다.
일 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 3D 구조를 제공한다.
일 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 각각 약 1 μm 내지 약 100 μm의 높이를 갖는다.
일 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 전극을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 1 μm 내지 약 100 μm의 높이를 갖는다.
일 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 제 1 전극을 포함하고 선택적으로 제 2 전극을 포함한다. 일부 실시형태에서, 제 1 및 제 2 전극은 인터디지털 구성으로 기판 상에 접촉된다.
일 실시형태에서, 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 집전체를 포함한다.
일 실시형태에서, 기판은 유리, 종이, 텍스타일, 고분자 필름, 고분자 코팅, 무기 필름, 무기 코팅, Si 웨이퍼, SiO2 웨이퍼, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
일 실시형태에서, 기판은 텍스타일이다. 일부 실시형태에서, 텍스타일은 천이다. 일 실시형태에서, 기판은 텍스타일이다. 일부 실시형태에서, 텍스타일은 패브릭이다. 일 실시형태에서, 기판은 콜로이드 분산액으로부터 제조된 필름이다. 일 실시형태에서, 기판은 나노물질 분산액으로부터 제조된 필름이다. 일 실시형태에서, 기판은 착용 가능한 조성물이다. 일 실시형태에서, 기판 내에는 단단한 물질이 있다. 일 실시형태에서, 기판 내에는 유연한 물질이 있다.
일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 2 개의 층을 포함한다.
일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 5 개의 층을 포함한다.
일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 10 개의 층을 포함한다.
일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터는 상온에서 제작된다.
일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-3 내지 약 2000 F cm-3의 체적 정전용량을 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 100 F cm-3 내지 약 1000 F cm-3의 체적 정전용량을 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 200 F cm-3 내지 약 800 F cm-3의 정전용량을 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 300 F cm-3 내지 약 500 F cm-3의 체적 정전용량을 갖는다.
일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 0.1 F cm-2 내지 약 25 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-2 내지 약 25 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 F cm-2 내지 약 20 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 5 F cm-2 내지 약 15 F cm-2의 면적 정전용량을 갖는다.
일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 1 μWh cm-2 내지 약 1000 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 10 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 50 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는다. 일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 약 100 μWh cm-2 내지 약 500 μWh cm-2의 에너지 밀도를 갖는다.
일 실시형태에서, 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물이고, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 선택적으로 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 연결될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 직렬로 연결된다. 일부 실시형태에서, 제 1 마이크로-슈퍼커패시터 조성물은 제 2 마이크로-슈퍼커패시터 조성물에 병렬로 연결된다.
또 다른 양태에서, 잉크 조성물을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 분산액을 형성하기 위해 용매에 2D 재료를 분산시키는 단계, 및 분산액을 농축하는 단계를 포함한다. 잉크 조성물 및 마이크로-슈퍼커패시터(MSC) 조성물의 이전에 기술된 실시형태는 본원에 기술된 잉크 조성물의 제조 방법에 적용될 수 있다.
일 실시형태에서, 2D 재료를 분산시키는 단계는 2D 재료와 용매를 결합시켜 분산액을 형성하는 단계를 포함한다. 본원에 사용된 "분산액"이라는 용어는 하나의 물질의 연속상에서 또 다른 물질의 균질한 혼합물을 의미한다. 일부 실시형태에서, 2D 재료를 분산시키는 단계는 분산액을 초음파 처리하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 분산액을 초음파 처리하는 단계는 팁 초음파 처리를 포함한다. 일부 실시형태에서, 팁 초음파 처리는 약 5 분 내지 약 120 분 동안 수행된다. 일부 실시형태에서, 팁 초음파 처리는 약 15 분 내지 약 100 분 동안 수행된다. 일부 실시형태에서, 팁 초음파 처리는 약 25 분 내지 약 35 분 동안 수행된다. 일부 실시형태에서, 분산액을 초음파 처리하는 단계는 용매에 분산된 플레이크를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 분산액을 농축하는 단계는 고흡수성 고분자 비드를 사용하는 단계를 포함한다. 본원에서 사용된 "고흡수성"이라는 용어는 자체 질량에 비해 많은 양의 액체를 보유하는 재료를 의미한다.
또 다른 양태에서, 장치를 제작하는 방법이 제공된다. 방법은 분산액을 형성하기 위해 용매에 2D 재료를 단계, 및 기판 상에 분산액을 인쇄하는 단계를 포함한다. 잉크 조성물, 마이크로-슈퍼커패시터(MSC) 조성물, 및 잉크 조성물을 제조하기 위한 방법의 이전에 기술된 실시형태는 본원에 기술된 장치를 제작하기 위한 방법에 적용될 수 있다.
일 실시형태에서, 장치는 상온에서 제작된다. 본원에서 사용된 "상온"이라는 용어는 쾌적한 주변 온도를 의미한다. 예를 들어, 이 용어는 약 65 °F 내지 약 80 °F 사이의 온도를 나타낼 수 있다.
일 실시형태에서, 장치를 제작하는 방법은 공기 중에서 장치를 건조시키는 단계를 더 포함한다.
일 실시형태에서, 2D 재료는 용매에 분산되어 있다. 일부 실시형태에서, 2D 재료는 용매에 분산된 플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 플레이크는 기판 상에 접촉될 때 수평으로 정렬된다.
또 다른 양태에서, 전도성 재료가 제공된다. 전도성 재료는 배터리 조성물과, 첨가제, 및 용매를 포함한다. 잉크 조성물, 마이크로-슈퍼커패시터(MSC) 조성물, 및 방법의 이전에 기술된 실시형태는 본원에 기술된 전도성 재료에 적용될 수 있다.
일 실시형태에서, 첨가제는 멕신 조성물이다. 일부 실시형태에서, 멕신 조성물은 2D 멕신 시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 2D 멕신 시트는 약 0.5 μm 내지 약 1 μm의 길이를 갖는다. 일부 실시형태에서, 2D 멕신 시트는 약 0.8 μm의 길이를 갖는다. 일부 실시형태에서, 2D 멕신 시트는 약 1 nm 내지 약 2 nm의 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 2D 멕신 시트는 약 1.6 nm의 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 2D 멕신 시트는 약 400 내지 약 600의 종횡비를 갖는다. 일부 실시형태에서, 2D 멕신 시트는 약 500의 종횡비를 갖는다.
일 실시형태에서, 첨가제는 전도성 조성물이다. 일 실시형태에서, 첨가제는 결합제이다. 일 실시형태에서, 용매는 물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 용매는 본질적으로 물로 이루어진다. 일부 실시형태에서, 용매는 물로 이루어진다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 열적으로 안정하다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 애노드 재료 또는 캐소드 재료이다. 일부 실시형태에서, 애노드 재료 또는 캐소드 재료는 Li-이온, Na-이온, Mg-이온, Al-이온, Ca-이온, Zn-이온, 및 이들의 임의의 조합용이다.
일 실시형태에서, 배터리 조성물은 리튬 철 인산염, 리튬 티탄산염, 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 흑연, 황, 실리콘, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 리튬 철 인산염이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 리튬 티탄산염이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 리튬 망간 산화물이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 인산철리튬이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 리튬 망간 산화물이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 리튬 니켈 망간 코발트 산화물이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 흑연이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 황이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 실리콘이다. 일 실시형태에서, 배터리 조성물은 전이 금속 산화물이다.
일 실시형태에서, 배터리 조성물은 나노입자 조성물이다. 일부 실시형태에서, 나노입자 조성물은 리튬 철 인산염 나노입자, 리튬 티탄산 나노입자, 리튬 코발트 산화물 나노입자, 리튬 철 인산염 나노입자, 리튬 망간 산화물 나노입자, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 나노입자, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물 나노입자, 흑연 나노입자, 황 나노입자, 실리콘 나노입자, 전이금속 산화물 나노입자, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다. 일부 실시형태에서, 배터리 조성물은 리튬 철 인산염 나노입자를 포함한다.
일부 실시형태에서, 리튬 철 인산염 나노입자는 약 1 nm 내지 약 1000 nm의 직경을 갖는다. 일부 실시형태에서, 리튬 철 인산염 나노입자는 약 10 nm 내지 약 800 nm의 직경을 갖는다. 다른 실시형태에서, 리튬 철 인산염 나노입자는 약 50 nm 내지 약 600 nm의 직경을 갖는다. 다른 실시형태에서, 리튬 철 인산염 나노입자는 약 100 nm 내지 약 500 nm의 직경을 갖는다. 다른 실시형태에서, 리튬 철 인산염 나노입자는 약 100 nm 내지 약 400 nm의 직경을 갖는다. 다른 실시형태에서, 리튬 철 인산염 나노입자는 약 100 nm 내지 약 300 nm의 직경을 갖는다. 특정 실시형태에서, 리튬 철 인산염 나노입자는 약 200 nm의 직경을 갖는다. 본원에서 사용된 "나노입자"라는 용어는 나노미터 단위로 측정된 크기를 갖는 입자를 의미한다. 예를 들어, 이 용어는 약 1,000나노미터 미만 크기의 구조를 갖는 입자를 의미할 수 있다. 본원에 사용된 "나노입자 조성물"라는 용어는 하나 이상의 나노입자를 함유하는 임의의 물질을 의미한다.
일 실시형태에서, 전도성 재료는 최대 약 80%(wt%)의 배터리 조성물을 포함한다.
일 실시형태에서, 전도성 재료는 알긴산나트륨을 더 포함한다.
일 실시형태에서, 전도성 재료는 잉크 조성물로 구성된다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 3차원(3D) 프린팅용으로 구성된다. 일부 실시형태에서, 3D 프린팅은 압출 기반 적층 제조를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 재료는 전도성 재료는 압출기 노즐을 통해 압출된다. 일부 실시형태에서, 첨가제는 용매에 분산된 플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 플레이크는 압출기 노즐에 의해 유도된 전단력으로 인해 압출 방향으로 정렬된다. 일부 실시형태에서, 플레이크의 정렬은 잉크 조성물의 전기 전도성을 향상시킨다. 일부 실시형태에서, 압출기 노즐은 약 2.5 psi 내지 5 psi에서부터 약 16 psi 내지 25 psi까지의 인쇄 압력을 포함한다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 전도성 구조의 3차원(3D) 프린팅용으로 구성된다. 일부 실시형태에서, 전도성 구조는 후-처리를 필요로 하지 않는다. 일부 실시형태에서, 잉크 조성물은 배터리의 3D 프린팅용으로 구성된다. 일부 실시형태에서, 배터리는 약 1 mAh-2 내지 약 6 mAh cm-2의 면적 용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리는 집전체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리는 전극을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 낮은 시트 저항을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 다공성 구조를 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리는 Ti3C2Tz-LFP 전극을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 0.2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 5.05 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 0.3 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 4.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 0.5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 3.9 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2.4 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 1.5 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리는 Ti3C2Tz-LTO 전극을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 0.1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 5.8 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 0.2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 5.4 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 0.5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 5.0 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 4.5 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 3.6 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2.1 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리 절반-셀는 약 100%의 쿨롱 효율을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리 완전-셀은 약 0.1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 4.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리 완전-셀은 약 0.2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 3.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리 완전-셀은 약 0.3 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리 완전-셀은 약 0.5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2.25 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리 완전-셀은 약 0.6 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 2 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 배터리 완전-셀은 약 1 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 1.7 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전극은 약 2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 약 1.1 mAh cm-2의 면적 비용량을 포함한다.
실시예 1
MAX 상의 합성
Ti3AlC2 MAX 상의 합성은 2 단계로 수행되었다. 먼저, TiC 분말(99.5% Alfa Aesar), Ti 분말(99.5%, Alfa Aesar) 및 Al 분말(99.5%, 325 mesh, Alfa Aesar)을 1:1:1 몰비로 혼합하여 Ti2AlC MAX 상을 합성하였다. 혼합물을 24시간 동안 볼 밀링(ball milling)한 다음, 5℃/분 가열 속도로 흐르는 아르곤 하에 2시간 동안 1400℃에서 소결시켰다. 생성된 물질을 미세분말로 분쇄하여 체질한 후, 입자크기가 38 μm 미만인 Ti2AlC 분말을 다음 단계에서 사용하였다. Ti3AlC2 합성을 위해, 생성된 Ti2AlC 분말을 TiC 분말(99.5% Alfa Aesar)과 1:1 몰비로 혼합하고, 24시간 동안 볼 밀링한 다음, 10℃/분 가열 속도로 흐르는 아르곤 하에 2시간 동안 1400℃에서 소결시켰다. 생성된 소결 물질을 밀링, 체질하고, 38 μm 미만의 입자를 멕신 잉크 제조에 사용하였다.
멕신 합성
Ti3C2Tx 현탁액은 다음과 같이 제조하였다. 간단히, 진한 염산(HCl, ACS Grade, BDH) 용액을 탈이온수(DI water)로 희석하여 40 mL의 6 M HCl 용액을 수득하였다. 2 g의 불화리튬(LiF, 98+% 순도, Alfa Aesar)을 용액에 첨가하고 상온에서 테플론 코팅된 자기 교반 막대를 사용하여 10 분 동안 교반하였다. 그리고 나서 용액을 아이스 배스로 옮기고, 2 g의 Ti3AlC2 분말을 (과열을 방지하기 위해) 용액에 천천히 첨가하였다. 생성된 혼합물을 핫 배스(35℃)로 옮기고 24시간 동안 유지하였다(550 rpm에서 교반). 이어서, 혼합물을 탈이온수로 여러 번 세척하고, 상청액 pH가 ~6이 될 때까지 3500 rpm에서 원심분리하였다. 그리고 나서 멕신 분말을 수집하고(Celgard® 다공성 막을 사용하여 여과), 탈이온수에 재분산하고 30분 동안 초음파 처리하였다. 생성된 현탁액을 3500 rpm에서 1시간 동안 원심분리하고, 상청액을 수집하여 초기 용액으로 사용하였다. Ti3C2Tx가 탈이온수에 분산되고 팁이 초음파 처리되어 박리된 MXene 플레이크를 생성하는, 수중 Ti3C2Tx 플레이크의 분산액을 제조하였다.
잉크 제조
인쇄 가능한 멕신 잉크는 Ti3C2Tx의 특성에 영향을 줄 수 있는 첨가제가 실질적으로 없거나 고온 건조가 필요 없도록 생산되었다. 기능화된 Ti3C2Tx는 친수성이고 수중에서의 2D 플레이크의 안정적인 분산액의 제조가 이전에 입증될 수 있지만, 이러한 콜로이드 분산액은 일반적으로 압출 인쇄에 필요한 유리한 유변학적 특성이 부족한 비교적 낮은 농도에서 제조된다.
이 예는 앞에서 설명한 예시적인 멕신 용액을 이용한다. 농도 구배를 방지하고 흡수 과정의 속도를 높이기 위해 용액을 400 rpm으로 계속 교반하면서, 고흡수성 고분자(SAP) 비드를 사용하여 용액에서 물을 흡수하였다. SAP 비드는 (포화 후) 용액에서 쉽게 수집되고 새 비드로 교체되어 용액 농도를 정확하게 조정할 수 있다. 균일하고 고도로 농축된 용액이 달성될 때까지 이 단계를 반복하였다. 수분 흡수 단계 동안, 소량의 Ti3C2Tx 플레이크가 SAP 비드 표면에 부착될 수 있지만, 탈이온수로 쉽게 제거될 수 있다. 하이드로겔 비드는 흡수된 물을 증발시키기 위해 며칠 동안 상온에 두기만 하면 이들의 초기 형태로 변한다.
실시예 2
원자력 현미경(AFM)
합성된 Ti3C2Tx 플레이크의 크기와 두께를 측정하기 위해 AFM(Park Systems, NX10)을 사용하였다. AFM 샘플을 제조하기 위해, 소량의 용액을 탈이온수로 희석하고, 열 산화된 실리콘 웨이퍼 조각에 드롭 캐스팅하였다.
AFM(Atomic Force Microscopy) 측정은 합성된 멕신이 대부분 ~0.3 μm의 평균 측면 치수를 갖는 대부분 단일-층 플레이크임을 보여주었다(도 1A). 그러나, 제조된 분산액(~10 mg mL-1)의 농도는 압출 인쇄에 필요한 유변학적 특성을 달성하기에는 너무 낮을 수 있고, 따라서 멕신 분산액의 농도를 높이는 단계를 착수하였다.
이 예는 Ti3C2Tx 분산액을 농축하기 위해 고흡수성 수지(SAP)를 사용한다(도 2A 내지 도 2C). 도 1B에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 분산액 농도를 290 mg mL-1(~28.9 wt%)까지 균일하게 증가시켜, 고도로 농축된 멕신 분산액을 제조하였다. 농축된 잉크에는 평균 플레이크 크기가 ~0.3 μm인 멕신 플레이크가 포함되어 있으며, MSC의 3D 프린팅용으로 직접 사용될 수 있다. (도 2A 내지 도 2C 및 도 3A 내지 도 3E).
유변학 및 점탄성 특성
제조된 멕신 잉크의 유변학적 특성을 변형률-제어 회전 레오미터(strain-controlled rotational rheometer; Physica MCR301, Anton Paar)를 사용하여 평가하였다. 테스트에 사용된 고정구의 기하학적 구조(스테인리스강으로 제조됨)는 테스트의 기하학적 구조로 인해 데이터에 아티팩트가 없는지를 확인하기 위해 평행 플레이트(직경 25 mm)와 원뿔 플레이트(직경 25 mm, 원뿔 각도 = 0.03 rad)이었다. 25℃에서 레오미터에 멕신 잉크를 로딩한 후, 유변학적 특성을 조사하기 전에 여러 시점(최대 2시간)을 선택하여 샘플이 평형을 이루고 점탄성 이력을 제거할 수 있도록 하였다. 0.01의 변형 진폭 및 정상 전단 점도 데이터에서 탄성 및 저장 계수의 유의한 변화가 관찰되지 않았기 때문에, 평가를 위해 20분의 시간을 선택하였다. 모든 실험은 연장된 테스트로 인한 물 손실을 방지하기 위해 고정구의 가장자리를 따라 실리콘 오일 코팅과 탈이온수의 용매 트랩으로 수행되었다. 진동 역학을 측정하기 전에 구조 변화를 방지하기 위해 0.01 s-1의 전단 속도에서 예비 전단 프로토콜을 설정하였다.
균질성 및 제어된 유변학적 특성을 포함하여 우수한 분산액 품질을 달성하는 것은 인쇄된 구조의 선 폭과 균일성에 중요하다. 프린트 헤드에서 극복될 수 있는 항복 응력(도 1D) 위의 전단-박화 거동(도 1C)은 좁은 오리피스에서 나오는 균일 유동에 필수적이다. 도 1C는 28.9 wt%(φ = 7.5 × 10-2) Ti3C2Tx 잉크의 점도 대 전단 속도 거동이 허쉘-벌클리모델에 적합할 수 있음을 보여준다.
Figure pct00001
(1)
여기서 τ0은 항복 응력이고,
Figure pct00002
는 전단 속도이고, k는 일관성 계수이며, n은 유동 지수이다. 그 결과, 모델 매개변수 τ0 = 24, k = 1.07 및 n = 0.73이 되었으며, 여기서 모델은 데이터와 함께 <10% 오류를 유지한다. 도 1D는 항복 응력에서 발생하는 점도의 극적인 감소를 강조한다.
형태 유지 및 층간 접착력을 포함하여 멕신 잉크로 인쇄된 층의 구조는 잉크 점탄성 특성의 영향을 받을 수 있다. 점성 계수 G"(tanδ<1)보다 큰 탄성 계수 G'는 인쇄된 트랙이 층간 유착을 가능하게 하기에 충분한 점성 특성을 유지하면서 형태를 유지할 수 있도록 한다. 도 1E는 제조된 멕신 잉크의 경우, 측정된 주파수 범위 전체에서 G'가 G"보다 크다는 것을 보여주고; 낮은 주파수는 응고 전에 미세구조 재배열의 장기간 역학을 조사하는 반면, 높은 주파수는 더 짧은 시간 규모를 조사한다. 도 1E는 또한 G'가 용매 증발을 수반하는 농도 증가 이전에도 시트의 침투된(연속적인) 네트워크를 나타내는 빈도와 거의 무관함을 보여준다. 주파수 ω에 대한 tanδ 또는 G'/G"의 역수는, 잉크가 전기분무, 잉크젯 프린팅, 섬유 방적, 및 압출 인쇄를 포함하는 특정 공정에 적합한 점탄성 거동을 갖는지 여부를 설정하는 데 점점 더 많이 사용되고 있다. 본 개시의 잉크는 3D 프린팅 공정에 적합한 0.01< ω < 10 Hz의 주파수 범위를 갖는 것으로 관찰되었다(도 1F).
실시예 3
3D 프린팅
MSC의 3D 프린팅의 첫 번째 단계는 위에서 설명한 바와 같이 인쇄 가능한 멕신 잉크를 준비하는 것이었다. 멕신 잉크의 3D 프린팅용으로 벤치탑 로봇 디스펜서(benchtop robotic dispenser; Fisnar F4200n)를 사용하였다. 원하는 패턴을 설계(AutoCAD, Autodesk Inc)하고, 로봇 디스펜서로 이송하고, 제어 소프트웨어를 사용하여 인쇄하였다. 잉크 유동은 공압 유체 디스펜서(DSP501N, Fisnar)에 의해 제어되었으며, 디스펜서의 압력과 프린트 헤드 속도는 각각 ~4 psi 및 ~3 mm s-1이었다. 다양한 높이의 인터디지털 전극을 인쇄하기 위해, 첫 번째 층(집전체)을 인쇄한 후 인터디지털 전극의 핑거 부분에 잉크를 층별로 증착하여 전극의 높이를 높였다.
MSC의 제작
유리 기판(MAS-GP, Matsunami Glass, IND., LTD., Japan)을 탈이온수로 세척하고 인쇄에 사용하였다. 잉크는 높은 전도성을 갖고 집전체와 활물질 모두로서 사용될 수 있지만, 이 예는 장치의 전기화학적 성능을 개선하기 위해 기판(인쇄된 집전체 아래) 상에 얇은 금 층의 스퍼터링을 사용하였다. 겔 고분자(PVA/H2SO4) 전해질은, 투명한 용액이 수득될 때까지 85℃에서 계속 교반하면서 1 g의 PVA 분말을 10 mL 탈이온수에 먼저 첨가하여 제조하였다. 그런 다음, 1 mL의 H2SO4(95.0-98.0%, ACS, Alfa Aesar, USA)를 혼합물에 첨가하고 추가로 1시간 동안 교반하였다.
재료 준비 및 유변학적 측정 후, 멕신 잉크를 부착된 팁(230-600 μm 내부 직경)이 있는 주사기에 로딩하고 로봇 디스펜서에 의해 3D 프린팅에 사용하였다(도 4A에 개략적으로 표시됨). 잉크는 얇은 선과 미리 정해진 형태로 층별로 인쇄되었다. 집전체와 3D 전극 모두를 인쇄하기 위해 제조된 잉크를 사용하여 인터디지털 아키텍처를 갖는 MSC를 제작하였다. Ti3C2Tx 멕신 잉크의 점탄성 특성으로 인해, 증착된 층은 기계적으로 견고했으며, 여러 층을 적층하여 붕괴 없이 높이가 수 밀리미터인 인쇄 전극을 달성할 수 있었다(도 4B). 또한, 제작된 잉크로 다양한 형태와 기하학적 구조를 인쇄할 수 있다. 예를 들어, 모든 미세한 특징을 갖는 오번 대학교 로고가 도 4C에 도시된 바와 같이 인쇄되었다.
생산된 멕신 잉크는 대략 ~71 wt%의 물을 함유했으며, 공기 중에서 전극을 건조하면 인쇄된 전극이 수축될 수 있다. 흥미롭게도, 전극은 대부분 전극의 높이를 따라 축소되었고; 전극의 길이와 폭을 따른 수축은 최소화되었다. 이는 증착된 멕신 잉크와 친수성 기판 사이의 접촉선 고정(contact line pinning)에 기인한다. 완전한 건조 후, 전극의 두께는 수 미크론 내지 1밀리미터(증착된 층 수에 따라 다름)로 감소했으며, 이는 온칩 에너지 저장 장치에 더 적합한 높이 범위가 될 수 있다.
인터디지털 전극이 있는 MSC는 유리 슬라이드, 고분자 필름, 종이 및 Si/SiO2 웨이퍼를 포함하는 다양한 기판 상에 인쇄되었다(도 5A 내지 도 5F, 도 6A 내지 도 6F, 도 7A 내지 도 7D, 도 8A 내지 도 8F 참조). 각각의 장치의 제작을 위해, 먼저 집전체를 인쇄한 다음, 패턴의 핑거 부분에만 원하는 높이로 추가 층을 인쇄하였다(도 4A에 개략적으로 표시됨). 증착된 층의 수를 2, 5 및 10층으로 증가시켜 더 높은 전극 두께를 갖는 MSC를 인쇄하였다. 그런 다음, 제작된 장치에는 MSC-n으로 라벨을 붙였으며, 여기서 n은 각각의 장치의 인터디지털 전극에 대한 인쇄된 층의 수를 나타낸다(예를 들어, MSC-10에는 10개의 인쇄된 멕신 잉크 층이 있다). MSC-1, -2, -5, -10의 경우 상온 건조 후, 측정된 전극 높이가 각각 약 1.5 μm, 3.5 μm, 12 μm, 및 75 μm이었다. 인터디지털 전극의 길이와 폭뿐만 아니라 전극 사이의 간극 거리는, 설계된 장치의 특징의 크기를 변경하고 노즐 크기 및 인쇄 조건을 조정함으로써 조작될 수 있다. 도 4D 내지 도 4F는 인쇄된 멕신 플레이크가 수평으로 정렬되어 있음을 보여주는 MSC-10 장치의 전극의 단면 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 보여준다. 어떠한 이론에도 구속되지 않고, 이는 압출 동안 노즐에서의 플레이크의 정렬 및 프린팅 동안 노즐 이동 방향으로의 전단 정렬로 인한 것으로 여겨진다. 도 4G 및 도 4H는 유리 및 고분자 기판에 각각 다른 수의 층이 인쇄된 MSC의 평면 SEM 이미지를 보여준다.
실시예 4
전기화학적 측정
인쇄된 집전체를 정전위기(potentiostat) 케이블에 연결하기 위해 은 와이어(silver wire)를 사용하여, 제작된 대칭형 3D MSC의 전기화학적 성능을 VMP3 정전위기(Biologic, France)를 사용하여 테스트하였다. 은 와이어는 은 접착제(속건 Ag 페인트, SPI Supplies)에 의해 집전체에 연결되었다. 은 페인트와 전선을 전해질로부터 보호하기 위해, 매니큐어를 사용하여 접촉 영역을 덮었다. 제조된 PVA/H2SO4 겔 전해질을 인쇄된 Ti3C2Tx 인터디지털 전극 상에 조심스럽게 드롭 캐스팅한 다음, 밤새 공기 중에서 건조하였다. 인쇄된 장치를 테스트하기 위해 2-전극 구성을 사용하였다. 멕신의 산화를 방지하기 위해 0 내지 0.6 V의 전위창(potential window)에서 2 내지 1000 mVs-1 범위의 스캔 속도에서 순환 전압전류법 테스트를 수행하였다. 전기화학적 임피던스 분광법은 5 mV의 작은 사인파 진폭과 함께 개방 회로 전위 및 10 mHz 내지 100 kHz의 주파수에서 수행되었다. 인쇄된 MSC의 전기화학적 성능을 평가하기 위해 면적, 중량 및 체적 정전용량을 사용하였다.
셀 정전용량(C/A)은 다음 방정식에 따라 CV 곡선에서 도출되었다.
Figure pct00003
, (2-전극 구성)
여기서 'I(V)'는 전압전류 방전 전류(mA)이고, 'υ'은 스캔 속도(mV s-1)이고, ΔV는 전위창(0.6 V)이다.
정규화된 면적(C/A) 및 체적(C/V) 정전용량은 장치의 전체 면적 및 부피를 기반으로 계산되었다. 전체 면적(A)은 인터디지털 전극의 면적을 고려하여 계산하였고, 핑거 사이의 공간과 전체 부피(V)는 SEM 이미지에서 측정된 핑거의 최대 두께(전극의 높이)를 전체 면적에 곱하여 계산하였다. 정규화된 정전용량을 계산하기 위해 다음 방정식이 사용되었다.
Figure pct00004
및
Figure pct00005
장치의 전력 및 에너지 밀도는 다음 방정식에 따라 측정되었다.
에너지 밀도 (E) =
Figure pct00006
전력 밀도(P) =
Figure pct00007
여기서 C/A(F cm-2), V(V), 및 υ(mV s-1)은 상기한 바와 같다.
제작된 장치에 대한 전기화학적 특성화를 수행하기 위해, 폴리비닐 알코올(PVA)/H2SO4를 기반으로 하는 겔 전해질을 제조하고, 인쇄된 장치의 인터디지털 전극에 조심스럽게 드롭 캐스팅하였다. 도 9A는 다양한 스캔 속도에서 MSC-1 장치의 정규화된 CV(Cyclic voltammetry) 곡선을 보여준다. 장치의 용량성 전하 저장 거동은 CV 곡선의 준-직사각형 모양 및 전압 반전 시 빠른 전류 응답으로부터 추론될 수 있다. 도 9B에서 볼 수 있듯이, MSC-2, MSC-5 및 MSC-10 장치에서 유사한 CV 모양이 관찰되었다. 도 9C는 다른 전류 밀도에서 MSC-1 장치의 정전류 충방전(galvanostatic charge-discharge, GCD) 프로파일을 보여주고, 도 9D는 0.5 mA cm-2의 동일한 전류 밀도에서 다양한 제작된 MSC의 GCD 프로파일을 비교하고 있다. 이들 도면은 테스트된 모든 장치에 대한 충전 및 방전 반-사이클 동안 전위의 거의 선형 변화를 보여주며, CV 테스트에서 관찰된 정전용량 성능을 확인한다. 다양한 스캔 속도 및 전류 밀도에서의 제작된 모든 장치에 대한 CV, GCD 및 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 결과는 도 10A, 도 10B 및 도 11A 내지 도 11F에 도시되어 있다. 2 mV s-1의 스캔 속도에서(도 10A 및 도 10B), MSC-1, MSC-2, MSC-5, 및 MSC-10 장치는 각각 168.1, 315.8, 685.4, 및 1035 mF cm-2의 비정전용량을 보인다. 표 S1(ESI†)에서 볼 수 있듯이, 인쇄된 층이 하나뿐인 장치(MSC-1)의 경우에도, 계산된 면적 정전용량은 멕신 기반 MSC에 대해 이전에 보고된 값보다 훨씬 높으며, 이는 제한된 공간에서 고성능 MSC를 제작하기 위한 3D 프린팅의 장점을 보여준다.
모든 장치에서, 비정전용량은 스캔 속도가 증가함에 따라 감소하며, 감소 속도는 인쇄된 층의 수에 의존한다. 인쇄된 장치의 전기화학적 특성을 더 잘 이해하기 위해, 비정전용량 데이터를 맞추기 위해 다음 방정식을 따랐다.
Figure pct00008
(2)
여기서 C/A, CA, υ, τ, 및 ΔV는 각각, 계산된 면적 비정전용량, 이상적인 면적 비정전용량, 스캔 속도, 시간 상수, 및 전압창(이 실험에서는 0.6 V)이다.
이 방정식은 전극의 복잡한 전기화학적 반응을 단순화한 것이지만, 제작된 장치의 전기화학적 거동을 이해하는 데 유용하다. 스캔 속도의 증가에 따른 계산된 C/A의 변화는 방정식 2에 적합했고, CA와 τ를 계산하였다(도 9E의 점선). CA 대 전극 무게는 인쇄된 MSC에 대한 전극의 질량 로딩이 증가함에 따라 비정전용량이 거의 선형으로 증가함을 보여준다(도 9E 인서트). 또한, MSC의 속도 용량은 전극 높이(인쇄된 층의 수)가 증가함에 따라 감소한다. 장치의 직렬 저항과 그에 따른 τ는 전극 높이가 증가함에 따라 크게 증가한다(τ MSC-1 = 5.5초 및 τ MSC-10 = 24.3초). τ의 증가는 느린 충전/방전 공정을 유발하고, 특히 높은 속도에서 장치의 용량 성능 및 속도 용량을 제한한다. 이는 수평 멕신 플레이크 정렬로 인해 면외 전기 전도도가 낮고 저항이 전극 높이에 의존하기 때문이다(도 9F). 이러한 결과는 더 두꺼운 전극을 갖는 장치의 경우 전극의 전기적 특성이 특히 더 높은 충전/방전 속도에서 전기화학적 성능을 제한한다는 것을 나타낸다. 예를 들어, MSC-10의 비정전용량은 10 mV s-1에서 ~695 mF cm-2로부터 1000 mV s-1에서 ~20 mF cm-2로 떨어진다. 이들 장치의 성능은 면외 전도성을 증가시키도록 전극 구조와 잉크 특성을 조작함으로써 더욱 향상될 수 있다. 제작된 장치의 속도 성능은 또한 이온 수송 특성에 의존하며, MSC의 이온 수송 특성은 전극 사이의 이온 확산 경로를 줄임으로써 향상될 수 있다. 따라서, 전극의 높이에 관계없이, 3D 인쇄된 MSC의 속도 용량 및 전력 밀도는 수정된 장치 아키텍처에서 인터디지털 전극 사이의 간극 거리를 줄임으로써 향상될 수 있다.
기판
수성 멕신 잉크를 사용하는 상온 인쇄의 한 가지 장점은 다양한 기판 상에서 장치를 제작할 수 있다는 것이다. 유연한 전자장치에 적용될 수 있는 고분자 기판(유연한 폴리에스터 필름) 상의 MSC 3D 프린팅이 또한 설명된다. 고분자 기판 상에 인쇄된 MSC는 다양한 각도와 방향으로 굽힘 및 비틀림을 겪었지만, 테스트 후 기판에서 균열이나 박리의 징후가 보이지 않았다(도 12A). 인쇄된 유연한 장치에는 MSCF-n으로 라벨을 붙였으며, 여기서 n은 인쇄된 전극 층의 수를 나타내고, 전기화학적 성능을 평가하였다. 도 12B는 다양한 스캔 속도에서의 MSCF-1의 CV 곡선을 보여주고, 도 12C는 5 mV s-1 스캔 속도에서의 MSCF-1, MSCF-2, MSCF-5, 및 MSCF-10의 CV 곡선을 비교하고 있다. 다양한 스캔 속도에서의 계산된 특정 면적 정전용량을 방정식 2에 맞추면, 전극 높이가 증가함에 따라 장치의 면적 정전용량이 증가함을 보여준다(도 12D 인서트). 그러나, 장치의 속도 용량과 시간 상수에 대한 전극 높이의 영향은 유리 기판 상에 인쇄된 장치에 비해 더욱 두드러졌다.
예를 들어, MSCF-10에 대해 계산된 τ는 50.2초였으며, 이는 MSC-10에 대해 계산된 τ(24.3초)의 거의 두 배이다. 이러한 효과는 인쇄된 전극의 최종 모양과 크기에 영향을 미치는 기판 습윤 및 거칠기 특성에 기인할 수 있다. 설계된 인터디지털 전극의 치수와 유리 및 고분자 기판 상에 MSC를 인쇄하는 데 사용되는 노즐의 크기는 유사했지만, 유리 기판(도 13A 내지 도 13G) 상에 멕신 잉크의 더 낮은 접촉각은 고분자 기판 상에 인쇄된 패턴에 비해 더 넓은 인쇄 전극 패턴을 생성하였다(도 5A 내지 도 5F 및 도 6A 내지 도 6F). 따라서, 유리 기판 상에 인쇄된 장치의 경우, 전극과 집전체 사이의 접촉은 더 밀접하고, 전극 사이의 간격은 더 좁으며; 이 둘 모두 더 높은 장치 속도 용량에 기여했다. 이러한 관찰은 기판의 표면 특성이 MSC의 인쇄 특성에서 역할을 할 수 있음을 보여주며, 더 연구되어야 한다.
MSCF 장치의 유연성을 테스트하기 위해, 굽힘이 전기화학적 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 10 mV s-1에서의 CV 곡선과 다양한 굽힘 각도에서 MSCF의 속도 용량이 각각 도 4E 및 도 4F에 나타나 있다. 인쇄된 장치의 유연성은, 굽힘 각도를 변경해도 크게 변하지 않는 MSCF의 비정전용량, 속도 용량, 및 시간 상수에 의해 입증된다. 다양한 기판 상에 MSC를 제작하기 위한 인쇄 공정의 적응성은, 모든 집전체와 전극을 인쇄하기 위해 멕신 잉크를 사용하여 종이 상에 장치를 제작함으로써 추가로 입증되었다. 인쇄된 장치는 굽힘 및 비틀림 후에도 종이 기판에 대해 매우 우수한 접착력을 보였다. 종이 기판 상에 인쇄된 MSC의 전기화학적 성능의 분석은 지원 정보에 나타나 있다(도 14A 및 도 14B).
더 높은 전력 및 에너지 밀도를 달성하기 위해, 직렬 또는 병렬로 연결된 여러 MSC는 동일한 기판 상에 인쇄될 수 있다. 도 12G는 단일 MSC-1 장치의 GCD 프로파일을 직렬로 연결된 2개 및 3개 장치의 GCD 프로파일과 비교하고 있다. 작동 전압창은 직렬로 연결된 장치에서 증가하는 것으로 관찰되었다.
MSC 성능
3D 인쇄된 MSC의 면적 및 체적 에너지 및 전력 밀도를 계산하고 도 15A 및 도 15B에 도시된 라곤 플롯에서 보고된 다른 장치 중 일부와 비교하였다. 인쇄된 인터디지털 전극의 하나의 층(MSC-1 및 MSCF-1)이 있는 장치는 모두 매우 높은 에너지 및 전력 밀도를 보여준다. MSC-1의 경우, 계산된 면적 에너지 및 전력 밀도는 각각 8.4 μWh cm-2 및 3.7 mW cm-2인 반면, 체적 에너지 및 전력 밀도는 각각 약 56 mWh cm-3 및 24.9 W cm-3이다. 라곤 플롯에서 볼 수 있듯이, 이들 값은 다른 멕신 기반 MSC에 대해 보고된 값보다 훨씬 높다. MSC-1은 또한 다른 재료를 기반으로 하는 이전에 보고된 최고 성능의 MSC 중 일부에 비해 체적 에너지 밀도가 크게 개선되었음을 보여준다. MSC-10 장치에 대해 측정된 가장 높은 면적 에너지 및 전력 밀도는 각각 51.7 μWh cm-2 및 5.7 mW cm-2이었다. 위에서 설명한 바와 같이, MSC-10은 MSC-1에 비해 시간 상수가 높고, 따라서 스캔 속도가 증가함에 따라 전력 밀도가 급격히 감소한다(도 15A).
실시예 5
배터리 잉크 제조
인쇄 가능한 멕신 잉크는, 본원에 기술된 예시적인 멕신 합성 및 잉크 제조 방법을 사용하여 실질적으로 첨가제가 없고 고온 건조 없이 제조되었다. 도 16A 내지 도 16C는 사용된 잉크 개발 및 제조 공정을 보여준다. 간단히, Ti3C2Tz 분산액은, 24시간 동안 HCl 및 LiF 수성 혼합물에서 모(parent) MAX 상인 Ti3AlC2로부터 Al 원자 층을 선택적으로 제거함으로써 제조되었다. 그런 다음, 혼합물을 탈이온수로 여러 번 세척하였다(pH>5). 평균 크기가 0.8 μm인 2D 멕신 플레이크가 포함된 상층액을 수집하여 멕신 기반 잉크를 제조하는 데 사용하였다(도 16D 참조). 원하는 농도를 달성하기 위해 고흡수성 고분자(SAP) 비드를 사용하여 분산액에서 물을 제거하였다. 제조된 멕신 잉크를 LFP 및 LTO 나노입자와 혼합하여 캐소드 및 애노드 잉크를 제조하였다.
3D 프린팅
멕신 기반 잉크의 3D 프린팅은 벤치탑 로봇 디스펜서(Fisnar F4200n)를 사용하여 수행되었다. AutoCad(Autodesk Inc) 소프트웨어를 사용하여 다양한 패턴을 설계하였다. 원하는 패턴을 로봇 디스펜서로 이송하고, 제어 소프트웨어를 사용하여 인쇄하였다. 공압 유체 디스펜서를 사용하여 압력을 조정하였다(DSP501N, Fisnar). 면적당 활물질의 로딩을 증가시키기 위해, 인터디지털 전극의 핑거 부분에 멕신 기반 잉크를 층별로 증착하였다. 셀 구조(아키텍처, 라인 갭 거리 및 전극 폭)가 이온 수송에 상당한 영향을 미치고, 결국은 제작된 장치의 전력 밀도 및 에너지 밀도와 같은 전기화학적 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에, 멕신 기반 잉크의 정확한 증착은 중요하다. 잉크의 인쇄 가능성 및 이에 영향을 미치는 매개변수를 평가하면, 보다 효율적인 아키텍처를 설계하는 데 도움이 될 수 있다. 유변학적 특성 외에도, 인쇄 압력(P), 인쇄 속도(SN) 및 노즐 팁과 기판 사이의 거리(H)와 같은 매개변수가 인쇄 결과 및 해상도에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
적용된 압력(P)은 노즐을 통한 잉크 유동을 제어하고, 인쇄된 선 폭에 영향을 줄 수 있다(도 17A 참조). 잉크의 점도는 인쇄에 필요한 임계값 P(P0)을 결정한다. P0보다 높은 P 값은 노즐 전체에 걸쳐 더 많은 잉크 양이 압출되는 결과를 가져온다. P가 매우 높으면, 분사와 같은 불안정한 압출을 초래하고, 압출 잉크의 제어 어려움 및 저품질 인쇄물을 유발한다. 허용 가능한 압력 범위에서 압력을 높이면 인쇄 속도가 빨라질 수 있다. 기판 특성 및 압출 후 잉크 팽창으로 인해 인쇄된 선이 노즐 직경보다 넓은 경우가 많다.
인쇄된 선 폭(W)에 대한 P의 영향을 평가하기 위해, 일정한 SN, H 및 노즐 크기로 선을 인쇄하였다. 도 17A 내지 도 17D는 P를 증가시키면 더 많은 잉크 양이 노즐을 통해 압출됨에 따라 더 넓은 라인을 인쇄할 수 있음을 보여준다. 낮은 P에서는 압출된 양이 연속 필라멘트를 형성하기에 충분하지 않은 반면, 높은 P에서는 선 폭의 상당한 증가가 관찰된다(도 17A의 삽입 이미지). 사용된 순수 멕신 잉크 및 멕신 복합 잉크의 경우, P 범위는 각각 2.5 내지 5 psi 및 16 내지 25 psi로 선택되었다. W에 대한 SN의 효과는 도 17B에 도시된 바와 같이 추가로 연구되었다. W는 SN이 증가함에 따라 감소하지만, 다른 변수는 일정하게 유지된다(P = 3.5 psi, 노즐 직경 = 게이지 25). 노즐 속도를 높이면, 선이 중단될 때까지 더 좁은 선을 인쇄할 수 있다. 대안으로, P와 SN을 별도로 조정될 수 있다.
노즐 팁과 기판 사이의 거리(H)는 인쇄 결과에 영향을 미치는 또 다른 요소이다. W 외에도, 잉크가 기판과 접촉하는 데 시간이 걸리고, 결국은 설계된 것보다 더 짧은 선이 생성되기 때문에, 선 길이는 중요하다. 노즐 팁에 잉크가 축적되면, 인쇄가 시작될 때 과다 증착이 발생하여, 노즐 팁이 기판에 더욱 가까워야 함을 나타낸다. 작은 H는 U자형 단면을 생성한다(도 18A 및 도 18B 참조). 다양한 매개변수가 인쇄 결과에 미치는 영향을 평가하기 위해 멕신+LFP 잉크에 유사한 테스트 절차를 적용하였다(도 19A 내지 도 19C 참조). 결과는 두 잉크 모두에 대해 유사한 거동을 보여주었다.
실시예 6
재료 특성화
합성된 MAX 분말, 인쇄된 전극 및 장치의 구조와 형태를 에너지 분산 분광계(energy dispersive spectrometer)(EDS 검출기)가 장착된 주사 전자 현미경(JEOL JSM-7000F)을 사용하여 연구하였다. 3D 인쇄된 전극을 측정하기 위해 -점 프로브 방법을 사용하여 전기 전도를 수행하였다. 합성된 Ti3C2Tz 플레이크의 크기와 두께를 측정하기 위해 AFM(Park Systems, NX10)을 사용하였다. AFM 샘플을 준비하기 위해, 소량의 용액을 탈이온수로 희석하고, 열 산화된 실리콘 웨이퍼 조각에 드롭 캐스팅하였다.
도 16C 내지 도 16F의 주사 전자 현미경(SEM) 및 에너지 분산 분석(EDS)은 멕신 플레이크 및 나노입자가 균일하게 혼합되었음을 보여준다. 게다가, X-선 회절(XRD) 데이터는 멕신 특성 피크 및 표준 사방정계 LFP(JCPDS #40-1499) 및 입방 스피넬 LTO(JCPDS #49-0207)와 완벽하게 맞는 것을 보여주었고, 혼합물이 나노입자의 결정 구조에 영향을 미치지 않았음을 시사한다(도 16I).
유변학
제조된 멕신 잉크의 유변학적 특성을 변형률 제어 회전 레오미터(Physica MCR301, Anton Paar)를 사용하여 연구하였다. 테스트에 사용된 고정구의 기하학적 구조(스테인리스강으로 제조됨)는 테스트의 기하학적 구조로 인해 데이터에 아티팩트가 없는지를 확인하기 위해 평행 플레이트(직경 25 mm)와 원뿔 플레이트(직경 25 mm, 원뿔 각도 = 0.03 rad)이었다. 25℃에서 레오미터에 멕신 잉크를 로딩한 후, 유변학적 특성을 조사하기 전에 최대 2시간의 여러 시간을 선택하여 샘플이 평형을 이루고 점탄성 이력을 제거할 수 있도록 하였다. 0.01의 변형 진폭 및 정상 전단 점도 데이터에서 탄성 및 저장 계수의 유의한 변화가 관찰되지 않았기 때문에, 20분의 시간을 선택하였다. 모든 실험은 연장된 테스트로 인한 물 손실을 방지하기 위해 고정구의 가장자리를 따라 실리콘 오일 코팅과 탈이온수의 용매 트랩으로 수행되었다. 진동 역학을 측정하기 전에 구조 변화를 방지하기 위해 0.01 s-1의 전단 속도에서 예비 전단 프로토콜을 설정하였다.
멕신 시트 크기, 함량 및 나노입자 첨가가 3D 인쇄 가능한 잉크의 점탄성 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 이 연구에 사용된 재료는 길이가 ~0.8 μm이고 두께가 1.6 nm인 2D 멕신 시트(종횡비 L/D = 500), 200 nm 구형 리튬 철 인산염(LFP) 및 알긴산나트륨(SA)이었다. 크기와 모양이 최종 속성에 미치는 영향을 연구하기 위해 멕신(MX) 단독뿐만 아니라 다성분 MX+LFP 및 MX+LFP+SA에 대해 유변학을 수행하였다. 길이가 ~0.3 m이고 두께가 1.6 nm인 작은 시트 크기(종횡비 L/D = 187)를 갖는 멕신의 데이터도 평가하였다. 도 20A 및 도 20B는 유변학 데이터의 오버레이를 보여준다. 도 20A의 정상 전단 점도 곡선은 모든 분산액에 대한 전단-박화 거동을 보여주며, 큰 MX 시트가 있는 분산액에 대해 더 높은 점도가 관찰되었다. MX+LFP+SA에 대한 더 낮은 전단 속도 영역에서, SA 거동은 이전에 SA로 구성된 다른 다성분 분산액에서 관찰되었던 전이 영역으로 간주될 수 있는 것을 지배하고 이를 나타낸다. 도 20B는 계수 G'(저장 계수) 및 G"(손실 계수)인 재료에 대한 진동 거동을 보여준다. 모든 분산액에 대해, G'는 상대적으로 일정하고 전체 주파수 범위에 걸쳐 G' >> G"이 관찰된다. 이러한 관찰은 다수의 3D 층의 성공적인 인쇄를 위한 층간 접착력을 시사한다. 그러나, SA를 사용한 분산액은 다른 분산액보다 훨씬 낮은 계수를 나타내며, 이는 인쇄할 때 구조적 무결성이 부족하고 전기화학적 성능을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 이러한 결과는 향상된 전기화학적 성능을 달성하기 위해 일반적으로 첨가제를 필요로 하는 탄소 기반 재료에 대한 전도성 대안 역할을 하는 멕신 기반 리튬이온 배터리 전극을 추가로 제작하기 위한 나노 규모의 기본적인 상호작용에 대한 통찰력을 제공한다.
실시예 7
배터리 제작
멕신 기반 복합 잉크를 다양한 주사기에 로딩하였으며, 로봇 디스펜서에 의한 인터디지털 아키텍처가 있는 LIB를 포함하여 다양한 모양과 기하학적 구조를 인쇄하기 위해 사용하였다. Ti3C2Tz 기반 복합 잉크의 점탄성 특성은 기계적으로 강력한 인쇄 결과를 가져왔다. 붕괴 없이 영역당 활물질의 높은 로딩을 달성하기 위해 여러 층을 층별로 인쇄하였다(도 21A 내지 도 21F). 선 굵기에 따른 인쇄된 층의 수, 면적당 활물질의 로딩, 1 내재 5 개의 층이 있는 전극의 전자 전달 특성 간의 관계를 평가하였다(건조시간 없이 층별로 인쇄됨). 인쇄된 선은 집전체 및 활물질로서의 기능을 하였다. 도 17C는 인쇄된 층의 수와 선 두께 및 재료 로딩 사이의 관계를 보여준다. 결과는 멕신 기반 잉크의 우수한 점탄성 특성에 기여하는 인쇄된 층의 수와 함께 영역당 재료의 두께와 로딩 사이의 선형 관계를 시사한다. 첫 번째 인쇄된 필라멘트는 그 위에 층을 인쇄할 때 탁월한 형태 유지력을 보였고 좌굴(buckling)을 보이지 않았다(도 21A 내지 도 21F). 노즐에서 유도된 전단력은 압출 방향으로 멕신 플레이크의 정렬을 유도한다(도 21A 내지 도 21F). 인쇄된 멕신 및 멕신-LFP 전극은 낮은 시트 저항 값을 보인다(도 17D). 인쇄된 층의 수에 의해 제어되는 전극의 두께를 증가시킴으로써, 시트 저항은 감소한다.
전기화학적 측정
제작된 LIB의 전기화학적 성능은 LAND-CT 및 VMP3 정전위기(Biologic, France)를 사용하여 테스트되었다. 정전류 충방전 테스트는 캐소드(MXene+LFP)의 경우 Li/Li+ 대비 3.8 V 내재 2.5 V, 애노드(MXene+LTO)의 경우 Li/Li+ 대비 2.5 V 내지 1 V의 전압 범위에서 수행되었다. 리튬은 상대 전극과 기준 전극으로 사용되었다. 액체 전해질은 EC/DEC(부피 기준 1:1)의 1 M LiPF6이었다. 완전 셀은 2.5 V 내지 1 V의 전압 범위에서 테스트되었다. 모든 셀은 고순도 아르곤으로 채워진 글로브박스에서 조립되었다. 인쇄된 Ti3C2Tz-LFP 및 Ti3C2Tz-LTO 절반 셀과 완전 셀의 전기화학적 특성은 도 22A 내지 도 22F에 나타나 있다. 전기화학적 테스트는 집에서 만든 셀에서 수행되었다(도 23A 내지 도 23C). 테스트된 전극은 전극 꼬리에 은 페이스트(silver paste)를 도포하여 전기화학 테스트 스테이션에 연결되었으며, 전해질로서 1M LiPF6 에틸렌 카보네이트 및 디에틸 카보네이트를 사용하였다. 전극을 상온에서 밤새 건조시킨 후 120℃에서 48시간 동안 건조하여 구조에 남아있는 수분을 제거하였다. 리튬 금속은 절반 셀의 상대 전극과 기준 전극으로 사용되었다. 테스트를 실행하기 전에 셀들을 24시간 동안 방치하였다.
도 22A 및 도 22B는 각각 다른 전류 밀도에서 Ti3C2Tz-LFP 및 Ti3C2Tz-LTO 전극의 충전 및 방전 곡선을 보여준다. 충전 및 방전 안정기 사이의 전압 히스테리시스는 ~0.1 V로, LFP 및 LTO가 있는 산화그래핀 복합 잉크에 대해 보고된 값과 유사하다. 전압 히스테리시스는 Ti3C2Tz-LFP 및 Ti3C2Tz-LTO 전극의 사이클링 동안 안정적으로 유지되어 우수한 전기 전도성을 나타내었다. Ti3C2Tz-LFP 전극은 0.2, 0.3, 0.5, 1, 및 2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 각각 5.05, 4.7, 3.9, 2.4, 및 1.5 mAh cm-2의 면적 비용량을 보였다. 약간 더 높은 충전 용량은 이전에 보고되었으며, 이온 확산 저항을 증가시키는 멕신 매트릭스에서 Li+ 이온의 확산 경로의 길이 증가 및 호스팅과 관련될 수 있다. Ti3C2Tz-LTO 전극은 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 및 5 mA cm-2의 비전류 밀도에서 각각 5.8, 5.4, 5.0, 4.5, 3.6, 및 2.1 mAh cm-2의 면적 비용량을 보였다. Ti3C2Tz-LTO 절반 셀은 사이클링 동안 안정적인 성능과 함께 ~1.55 V에서 안정기를 보였다(도 22C). 멕신 기반 전극은 도 22C 및 도 22D에 나타낸 바와 같이 우수한 사이클링 안정성을 보여주었다. 사이클링 동안의 용량의 증가는 향상된 이온 접근성 및 사이클링 동안의 전극의 활성화와 관련될 수 있다(도 22C). Ti3C2Tz-LFP 및 Ti3C2Tz-LTO 절반 셀은 모두 ~100%의 쿨롱 효율을 보여주었다(도 22C 및 도 22D 오른쪽 축).
도 22E는 다양한 스캔 속도에서 Ti3C2Tz-LFP 캐소드 및 Ti3C2Tz-LTO 애노드 완전 셀의 전기화학적 성능을 보여준다. Ti3C2Tz-LFP // Ti3C2Tz-LTO 완전 셀은 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.6, 1, 및 2 mA cm-2의 비전류 밀도에서 각각 4.7, 3.7, 2.7, 2.25, 2, 1.7, 및 1.1 mAh cm-2의 면적 비용량을 보였다. 제작된 장치의 우수한 전기화학적 성능은 전극의 다공성 구조, 두 개의 상 모두의 응집 감소, 및 셀의 3D 구조에 기인할 수 있다. 3D 인쇄된 완전 셀은 100%에 가까운 우수한 사이클링 안정성과 효율을 보여주었다(도 23A 내지 도 23C). 도 22F는 3D 인쇄된 멕신 기반 LIB의 전기화학적 성능을 문헌에서 다시 게시된 최고의 값과 비교하고 있다. 잉크 제형 및 셀 기하학적 구조의 최적화는 3D 인쇄된 셀의 용량과 속도 용량을 더욱 향상시켜 최대 전위를 활용할 수 있다.

Claims (58)

  1. 장치를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 분산액을 형성하기 위해 용매에 2D 재료를 분산시키는 단계, 및
    - 기판 상에 분산액을 인쇄하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    장치는 상온에서 제작되는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    장치를 제작하는 방법은 공기 중에서 장치를 건조시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    잉크 조성물에는 실질적으로 첨가제가 없는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    첨가제는 전도성 재료인, 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    첨가제는 고분자 바인더인, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    잉크 조성물에는 실질적으로 계면활성제가 없는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    계면활성제는 음이온성인, 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    계면활성제는 양이온성인, 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    계면활성제는 비이온성인, 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    2D 재료는 전기 전도성인, 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    2D 재료는 멕신 조성물인, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    멕신 조성물은 일반식 Mn+1XnTx(n-1, 2, 또는 3)을 갖고, 여기서 M은 전이 금속을 나타내고, X는 탄소 및/또는 질소이며, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    M은 Ti, Cr, 및 V로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    멕신 조성물은 Ti3C2Tx이고, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    2D 재료는 용매에 분산된 플레이크를 포함하는, 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    플레이크는 박리되어 있는, 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    2D 재료와 용매는 잉크 조성물을 형성하는, 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 기판 상에 인쇄되는, 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 직접 잉크 쓰기(DIW)를 통해 기판 상에 인쇄되는, 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 두 개 이상의 층이고, 잉크 조성물은 층별로 기판 상에 인쇄되는, 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    기판 상에 접촉된 잉크 조성물은 3D 구조를 제공하는, 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    잉크 조성물은 점탄성인, 방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    잉크 조성물은 탄성 계수와 점성 계수를 갖고, 탄성 계수는 약 0.01 Hz 내지 약 10 Hz의 주파수에서 측정될 때 점성 계수보다 큰, 방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    잉크 조성물은 항복 응력을 갖는, 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    항복 응력은 압출기 노즐에서 극복될 수 있는, 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    잉크 조성물은 항복 응력보다 높은 전단-박화 거동을 나타내는, 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    기판 상에 접촉된 잉크 조성물의 하나 이상의 층은 집전체를 포함하는, 방법.
  30. 제 1 항에 있어서,
    기판은 유리, 종이, 텍스타일, 고분자 필름, 고분자 코팅, 무기 필름, 무기 코팅, Si 웨이퍼, SiO2 웨이퍼, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 방법.
  31. - 배터리 조성물과,
    - 첨가제, 및
    - 용매를 포함하는 전도성 재료.
  32. 제 31 항에 있어서,
    첨가제는 멕신 조성물인, 전도성 재료.
  33. 제 32 항에 있어서,
    멕신 조성물은 전이 금속 탄화물인, 전도성 재료.
  34. 제 32 항에 있어서,
    멕신 조성물은 전이 금속 질화물인, 전도성 재료.
  35. 제 32 항에 있어서,
    멕신 조성물은 일반식 Mn+1XnTx(n-1, 2, 또는 3)을 갖고, 여기서 M은 전이 금속을 나타내고, X는 탄소 및/또는 질소이며, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 전도성 재료.
  36. 제 35 항에 있어서,
    M은 Ti, Cr, 및 V로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
  37. 제 32 항에 있어서,
    멕신 조성물은 Ti3C2Tx이고, Tx는 표면 작용기를 나타내는, 전도성 재료.
  38. 제 37 항에 있어서,
    Tx는 =O, =OH, =Cl, =N, 및 =F로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
  39. 제 31 항에 있어서,
    첨가제는 전도성 조성물인, 전도성 재료.
  40. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 애노드 재료 또는 캐소드 재료인, 전도성 재료.
  41. 제 40 항에 있어서,
    애노드 재료 또는 캐소드 재료는 Li-이온, Na-이온, Mg-이온, Al-이온, Ca-이온, Zn-이온, 및 이들의 임의의 조합용인, 전도성 재료.
  42. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 리튬 철 인산염, 리튬 티탄산염, 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 흑연, 황, 실리콘, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 전도성 재료.
  43. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 리튬 철 인산염인, 전도성 재료.
  44. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 리튬 티탄산염인 전도성 재료.
  45. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 리튬 코발트 산화물인, 전도성 재료.
  46. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 리튬 철 인산염인, 전도성 재료.
  47. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 리튬 망간 산화물인, 전도성 재료.
  48. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물인, 전도성 재료.
  49. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 리튬 니켈 망간 코발트 산화물인, 전도성 재료.
  50. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 흑연인, 전도성 재료.
  51. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 황인, 전도성 재료.
  52. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 실리콘인, 전도성 재료.
  53. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 전이 금속 산화물인, 전도성 재료.
  54. 제 31 항에 있어서,
    배터리 조성물은 나노입자 조성물인, 전도성 재료.
  55. 제 32 항에 있어서,
    멕신 조성물은 전도성 구조의 3차원(3D) 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
  56. 제 32 항에 있어서,
    멕신 조성물은 마이크로-슈퍼커패시터의 3D 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
  57. 제 32 항에 있어서,
    멕신 조성물은 배터리의 3D 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
  58. 제 32 항에 있어서,
    멕신 조성물은 에너지 저장 용도, 전자 장치, 전자기기 차폐 센서, 안테나, 생의학 응용 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 작업을 위한 3D 프린팅용으로 구성되는, 전도성 재료.
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