近日，美国卡内基梅隆大学机械工程教授拉胡尔·帕纳特(Rahul Panat)领导的研究团队，成功开发出一种创新的制造技术，能够将二维MXene纳米片一步打印成复杂的三维结构。这项突破为下一代微型电子设备、传感器及储能器件的性能提升开辟了新路径。相关研究成果已发表于学术期刊《Small》。

MXene作为一种二维纳米材料，以其卓越的机械强度和优异的电化学稳定性而备受关注。然而，高性能器件的实现不仅依赖于材料本身的性质，更关键的是其内部结构能否高效地传导离子和电子。传统方法中，即使使用先进的MXene材料，不合理的结构设计仍会导致性能瓶颈。帕纳特教授团队此前的研究已实现在陶瓷骨架支撑下构建MXene三维结构，而本次工作的核心进展在于完全摆脱了支撑结构，实现了自支撑三维架构的直写成型。

研究团队通过将MXene纳米片制备成完全无添加剂的专用墨水，并采用气溶胶喷射打印技术，实现了对复杂三维形貌的精确构筑。该技术的原理在于，利用含有MXene纳米片的微米级气溶胶液滴在打印过程中自然蒸发，并通过空气动力学精确控制墨滴沉积路径。在此过程中，研究人员巧妙利用了纳米片之间的次级相互作用，引导其在沉积时自发组装成预设的三维形状。凭借这一工艺，团队成功打印出了如微米花朵、森林状阵列等精细三维结构，并在二维平面上展示了复杂的图案控制能力。

这项研究成果具有重要的实际应用价值。为验证其效能，帕纳特实验室制造了一款三维微型超级电容器。该器件实现了高达375 mF cm⁻²的面积电容和11.04 μWh cm⁻²的面积能量密度，其性能远超其他高分辨率加工方法所制备的同类器件。帕纳特教授指出，这是首次无需任何添加剂或后处理步骤，直接将二维纳米材料组装成自支撑的三维结构。此技术使得将MXene的优异特性转化为实际可用的高性能微型器件成为可能，有望广泛应用于微型可穿戴设备、微机器人及微型电池等领域。

出版详情：作者：Chunshan Hu 等人，标题：《MXene 3D-AJP：基于气溶胶 3D 打印的三维取向良好的二维 MXene 纳米片自由形状网络》，发表于：《Small 》(2026)。期刊信息：《Small 》