盡管只有幾個原子厚，但MXene具有強大的沖擊力。這類單層、二維(2D)納米材料具有理想的特性，例如出色的導熱性和導電性、耐熱性和高比表面積。這些特性有望徹底改變高性能電子設備和能量存儲系統(tǒng)。

為了優(yōu)化MXene的特性，研究人員需要能夠將其2D薄片排列成三維(3D)配置。MXene的這種3D架構可以提高鋰離子電池和超級電容器的能量存儲密度，并為現(xiàn)有設備提供性能增強。

不幸的是，目前缺乏可用于將MXene構建到3D配置中的可靠制造方法：卡內(nèi)基梅隆大學機械工程副教授兼制造期貨研究所副主任RahulPanat試圖改變這一點。

制造過程將采用納米級增材制造技術AerosolJet3D打印。使用液滴動力學原理，MXene將分散在液體中，并逐層沉積成堆疊的3D結構，形成電化學和物理傳感器。

“這些三維架構很有用，因為它們有可能‘收集’足夠多的納米級材料以實際用于電子設備，”帕納特解釋說。

“如果我從3D架構中創(chuàng)建一個電極，我可以顯著提高其性能，因為化學和/或生化反應將具有更高的表面積和3D體積以進行操作。”

研究小組將根據(jù)這些設備的靈敏度、可重復性和測量的可重復性來測試和評估這些設備的性能。

該項目的另一個方面著眼于下一代美國勞動力。為了培養(yǎng)一批掌握尖端微電子和納米電子技術的熟練工人，帕納特的團隊正在招募在卡內(nèi)基梅隆大學、杜肯大學和匹茲堡大學攻讀本科學位的美國學員。其他學員包括博士學位。帕納特研究實驗室的學生和博士后研究員。

學員將學習3D打印和其他先進制造方法，以及電子顯微鏡、X射線衍射和統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析等材料表征技術。

一旦他們接受了3D打印技術的培訓，美國空軍、陸軍和海軍的學員將能夠直接在現(xiàn)場修復機械部件和電子電路。這將減少對易受全球事件嚴重破壞的外包和供應鏈的依賴。

盡管這項研究本質上是基礎性的，但帕納特預計它將在五到七年內(nèi)開始影響行業(yè)。隨著技術的進一步發(fā)展，新的高性能電子設備將會出現(xiàn)。

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