MXenes通常具有高金屬導電性、優異的親水性、可調節的層間間距和高電荷存儲容量，在微型超級電容器領域表現出突出的優勢。MXene的親水性和由表面官能團帶來的高負電荷（zeta電位約為-38 mV），使其可以在水性和有機溶劑中形成穩定的膠體分散體，拓展了其在溶液加工過程中的應用，包括涂層、印刷，有利于高性能MXene基微型超級電容器（MXene MSCs）的直接構建。同時，將MXene MSCs整合到功能性微電子器件中也是其產業化發展的關鍵動力，這需要MXene MSCs與其他功能器件在制造和功能上的相互兼容。對此，西南交通大學楊維清教授及其博士研究生黃海超等人從油墨流變學、微電極設計和集成系統等方面總結了MXene微型超級電容器的最新進展，闡明了當前開發高性能MXene MSCs的面臨的挑戰和前景。

圖1.MXene MSCs概述:可調節MXenes油墨、平面內MXene MSCs及其集成系統。


1.MXene墨水的流變性


油墨成分的組成和各成分之間的協同作用決定了油墨的流變特性，它很大程度上決定了印刷結果是否具有一致性和可重復性。MXene油墨大體可以分為水系和有機油墨。MXene水系油墨的流變性和多種因素有關，包括單層和多層MXene，墨水濃度，MXene片尺寸，和不同分散體等MXene在有機溶劑中的流變性與與水分散體類似，但相關的研究較少。


MXene的親水性的表面官能團和負的zeta電位賦予了MXene在極性溶劑中的穩定分散性，這有利于MXene通過溶液加工技術來構建微型超級電容器。目前，MXene MSCs的工作主要集中MXene改性、插層/復合、微結構設計（3D，非對稱結構等）等方面，旨在進一步提升器件的面積能量密度，滿足實際應用場景的需求。


通過溶液加工過程制造MXene MSCs的方法，包括噴涂/旋涂、3D打印、墨水書寫、圖案涂覆、絲網印刷等涂層和印刷技術。

目前，MXene MSCs的焦點主要集中在制造技術和電極材料的優化上，對功能性集成關注較少。首先，為了滿足不同應用場景的需求，MXene MSCs往往需要通過串并聯來獲得更高的輸出電壓或者更高的儲能容量。MXene基微型超級電容器集成系統的供能方式主要有納米發電機、太陽能電池以及無線充電等。MXene MSCs的功能化集成主要體現在微傳感、濾波、光電探測以及電磁屏蔽等方面。其中，多功能集成系統中MXene MSCs模塊的性能如表1所示。