近年來,石墨烯、黑磷、六方氮化硼等二維材料在各個科技領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注,包括電子學(xué)、傳感器、催化和能量存儲/轉(zhuǎn)換等。大多數(shù)二維材料可以通過其母層狀晶體的液相剝離或基于溶液的合成途徑生產(chǎn),因此在二維材料的應(yīng)用過程中,溶液法(如印刷、涂敷等)具有簡便、經(jīng)濟(jì)以及可擴(kuò)展的優(yōu)勢。然而,將二維材料加工成功能性墨水,以用于高效的印刷或涂敷工藝仍然面臨著眾多挑戰(zhàn)。剝離工藝的低產(chǎn)率和難以生產(chǎn)穩(wěn)定的高濃度二維材料分散體是功能性墨水配方的兩個主要障礙。剝離過程會產(chǎn)生具有寬粒度分布的產(chǎn)品,而二維材料的橫向尺寸、每個薄片中的層數(shù)以及縱橫比會影響所制備墨水的流動行為、薄膜形貌以及最終的電性能。此外,低濃度的墨水需要多次覆蓋印刷,而這會影響印刷的分辨率并延長制造時間。因此,控制二維納米片形態(tài)參數(shù)及其在墨水中的分散,對獲得高性能和可重復(fù)的器件至關(guān)重要。
導(dǎo)電材料的墨水,如石墨烯及其衍生物,通常需用化學(xué)或機(jī)械方法進(jìn)行剝離,以從石墨晶體中得到層狀的石墨烯,并可同時完成官能團(tuán)的添加或修飾。為了獲得穩(wěn)定的石墨烯分散體系,還需要使用表面活性劑、聚合物或進(jìn)行重分散等來避免高濃度時的沉聚。此外,針對不同的溶液法如噴墨印刷、氣溶膠噴印、刮涂、旋涂等,還需要調(diào)控石墨烯墨水的流變特性(潤濕性、粘性、觸變性等)。
半導(dǎo)體二維材料包括黑磷和過渡金屬二硫化物等,其合成/剝離的技術(shù)與
石墨烯類似。但由于此類材料的表面能明顯比石墨烯高,高濃度懸浮液的墨水生產(chǎn)和儲存面臨著較大的挑戰(zhàn)。近年來,研究者主要關(guān)注了聲化學(xué)轉(zhuǎn)化、膽酸鈉類穩(wěn)定劑、多元溶劑配比和兩性離子分散劑等方法,有助于穩(wěn)定高濃度的墨水,并提升溶液法制備薄膜的質(zhì)量和電學(xué)性能。