MXene 靠着类金属导电和表面亲水，被当成柔性可穿戴储能的明星电极材料。但它有两道绕不开的"死穴"：一是片层间强范德华力让它们自发堆叠、活性位点塌掉；二是 Ti 元素在常温甚至高温下持续氧化成绝缘的 TiO₂，循环容量指数级往下掉——多数纯 MXene 基器件万次循环后容量保持率不到 80%，打印时还被迫额外沉一层金属集流体来补导电。巴基斯坦、韩国、瑞典的联合团队给出的解法，是把 0D MnO₂ 纳米颗粒、1D 银纳米线、2D MXene 拧成一支能直接挤出打印的三元抗氧化墨水，依托 DIW 浆料直写 在 PET 上无集流体打印柔性非对称超级电容器。下面从材料分工、流变窗口、打印参数到设备复现，逐层拆开这支墨水的工程逻辑。

三元分工的"维度逻辑"：间隔、储能、桥联各管一摊

这支复合体系的设计可概括成"0D 间隔 + 2D 储能主体 + 1D 导电桥联"的多维协同。2D MXene 用 LiF-HCl 温和刻蚀法从 Ti₃AlC₂ MAX 相里选择性刻掉 Al 层制备，XRD 显示 (002) 衍射峰从 MAX 相的 9.8° 偏到 6.91°，c 晶格参数由 12.48 Å 撑到 25.82 Å，证实 Al 层去掉、片层间距明显拉大。0D MnO₂ 以共沉淀法合成、粒径约 25 nm，它既当物理间隔剂嵌进片层抑堆叠，又凭变价 Mn³⁺/Mn⁴⁺ redox 对充当"氧清除剂"——环境里的 O₂ 优先吸在 Mn 活性位被转化，避免 Ti 骨架被直接氧化。1D AgNWs 以 20 mg 添加量超声共混穿插片层，搭起跨片层的连续电子通路，把电极电荷转移电阻 Rct 从纯 MXene 的 2.5 Ω 降到 MnO₂@MXene/AgNWs 的 2.2 Ω（中间态 MnO₂@MXene/AgNWs 复合网络为 1.8 Ω，MnO₂ 本征半导体特性略抬高最终值，但 AgNWs 补偿后仍处低位），从而免掉了打印电极对金属集流体的依赖。

图1：0D/2D/1D MnO₂@MXene/AgNWs 异质结构抗氧化机理示意，该微观结构可经 DIW 浆料直写 完整成型

流变窗口是 DIW 能否吃下这支墨水的命门

把三元复合粉体与 PVDF 粘结剂按 90:10 质量比研磨混合，加 NMP 溶剂配成总固含量 40 mg·mL⁻¹（约 4 wt%）的高浓度浆料，磁力搅 48 h 保证分散均匀，再经行星离心搅拌机脱泡 20 min，得到可挤出的成品墨水。流变测试亮出它优异的剪切变稀：在 0~450 s⁻¹ 剪切速率内，表观粘度从 41,800 cP 骤降到 210 cP，降幅近 200 倍——静止时高粘度不沉降不分层的"墨水态"，一到喷嘴高剪切就顺滑出丝，离开喷嘴剪切消失、粘度快速回涨（触变性），线条不淌不塌、边缘利落。同步配的活性炭负极墨水同样剪切变稀明显（8,000 cP → 85 cP，0~250 s⁻¹），正负极流变特性对上，为后面非对称器件组装铺了底。可以说，没有这近 200 倍的粘度跨度，这支高固墨水根本进不了 DIW 的工艺窗口。

图2：MAX 相、MXene、MnO₂@MXene 及三元复合材料的 FE-SEM 形貌、元素 mapping 与 HR-TEM 表征，三元组分均匀分散，适配 挤出成型 工艺

从墨水到器件的打印参数窗口

打印环节用 22 号喷嘴（内径约 410 μm），在 PET 柔性基底上以梳齿状互插结构分别打印 MnO₂@MXene/AgNWs 正极与活性炭负极，单电极打印面积 2 cm × 2 cm，线宽约 1900 μm、线间距约 1352 μm。打完后 60℃ 真空干燥 4 h 去掉 NMP 溶剂，裁成 1 cm × 1 cm 工作电极，实测面载量 4.93 mg·cm⁻²。随后涂 PVA-H₂SO₄ 凝胶电解质，完成柔性非对称超级电容器（MnO₂@MXene/AgNWs // AC ASC）的全打印组装——整个过程没有任何金属集流体沉积工序，正是 DIW "一步成型"优势的直接体现。

图3：正负极墨水流变曲线、触变恢复特性及 DIW 浆料直写 打印柔性 ASC 器件的工艺步骤示意

图4：纯 MXene、MnO₂@MXene、MXene/AgNWs 与三元复合电极的 CV／GCD／EIS 对比及倍率性能分析

器件级性能与宽温表现

在 -0.2~1.4 V 宽电位窗口（总电压 1.6 V）下，器件面容量于 6 mA·cm⁻² 电流密度下达 565.1 mF·cm⁻²，面能量密度约 0.2 mWh·cm⁻²、功率密度 51.39 mW·cm⁻²。循环稳定性最亮眼：5 mA·cm⁻² 下 10,000 次 GCD 循环后容量保持率 98.52%、库仑效率全程 100%；作对照，纯 MXene//AC 同条件仅 63.87%，MnO₂@MXene//AC 为 99.0%（略高但缺 AgNWs 导电补偿）。宽温域测试以 25℃ 面容量 140 mF·cm⁻² 为 100% 基准：10℃ 留 86.14%、20℃ 92.35%；升温反而增益，30℃ 107.5%、40℃ 125.85%、50℃ 仍达 84.24%——适度升温加速离子热运动使容量反超室温。0~90° 多次弯折下容量衰减极低，适配可穿戴电子设备。

图5：柔性 ASC 器件的 CV／GCD 曲线、面容量、Ragone 图及与文献报道体系的横向比较

图6：四种 ASC 器件的万次循环稳定性、循环后 XPS O 1s 分析及 10~50℃ 宽温域电化学性能，验证 DIW 挤出成型 电极的长期使用稳定性

DFT 揭示 Mn 为何是"牺牲氧化中心"

为从电子结构层面坐实机理，团队做了 DFT 第一性原理计算。吸附几何优化显示 O₂ 在 MnO₂@MXene 表面的 O–Mn 距离 1.38 Å，短于在纯 MXene 表面的 O–Ti 1.32 Å，且 O–O 键长从原始 1.32 Å 拉到 2.85 Å，说明 O₂ 在 Mn 位点发生了更强化学活化。Bader 电荷分析给出定量结论：O₂@MnO₂@MXene 构型中 Mn 向 O₂ 转 +0.75 e，远高于纯 MXene 下 Ti 转的 +0.28 e——Mn 主动给电子、把入侵氧分子转成稳定吸附态氧，使 Ti₃C₂Tₓ 骨架免遭氧化。微观证据上，BET 比表面积达纯 MXene 的 6.5 倍；循环后 XPS 深度分析显示纯 MXene 的 TiO₂/Ti–C 峰面积比高到 0.53/0.015（严重氧化），而三元体系改善到 0.33/0.12，Ti–C 骨架得以较好保留。

图7：DFT 计算结果——O₂ 在 MXene 与 MnO₂@MXene 表面的吸附几何、PDOS、Bader 电荷分析与实空间电荷密度差

铂邦设备如何复现这条全流程

从工程落地看，这套体系对设备的要求集中在三处：高固 MXene 基复合浆料与活性炭浆料的顺序直写、墨水调配阶段的行星离心脱泡、以及 PET 基底梳齿电极的精密温控打印。铂邦科技多喷头多材料联动打印系统支持高固 MXene 基复合浆料、活性炭浆料及凝胶电解质的顺序直写成型，配套行星离心脱泡模块与精密温控平台，可完整复现从墨水调配、真空脱泡到 PET 基底梳齿电极打印、电解质涂覆的全流程；设备支持 22 号及多种规格喷嘴切换，适配柔性微型超级电容器、可穿戴储能贴片等器件的研发与小批量试制。

也要正视技术局限：AgNWs 作为一维导电添加剂成本偏高，长期循环后可能出现部分断裂/溶解，未来需探 CuNWs、NiNWs 等低成本替代或表面包覆；当前面能量密度 0.2 mWh·cm⁻² 虽在 MXene 基 ASC 中上游，但距商用可穿戴 >1 mWh·cm⁻² 仍有差距，需靠提升 MXene 单层率、优化 MnO₂ 负载梯度或引入第三相高容量材料进一步抬高；PVA-H₂SO₄ 凝胶电解质长期用可能失水干涸，固态/准固态电解质适配值得跟进。整体而言，这支三元墨水为 MXene 基柔性储能的稳定性难题提供了一条简洁有效的材料—工艺一体化路径，也为 DIW 在电化学能源器件领域的深度应用树了标杆案例。