MXenes 通常具有高金属导电性、优异的亲水性、可调节的层间间距和高电荷存储容量，在微型超级电容器领域表现出突出的优势。MXene的亲水性和由表面官能团带来的高负电荷（zeta 电位约为 -38 mV），使其可以在水性和有机溶剂中形成稳定的胶体分散体，拓展了其在溶液加工过程中的应用，包括涂层、印刷，有利于高性能MXene基微型超级电容器（MXene MSCs）的直接构建。同时，将MXene MSCs整合到功能性微电子器件中也是其产业化发展的关键动力，这需要 MXene MSCs与其他功能器件在制造和功能上的相互兼容。对此，学院杨维清教授及其博士研究生黄海超等人从油墨流变学、微电极设计和集成系统等方面总结了 MXene 微型超级电容器的最新进展，阐明了当前开发高性能 MXene MSCs的面临的挑战和前景。

图1. MXene MSCs概述:可调节MXenes油墨、平面内MXene MSCs及其集成系统。

1.MXene墨水的流变性

油墨成分的组成和各成分之间的协同作用决定了油墨的流变特性，它很大程度上决定了印刷结果是否具有一致性和可重复性（图2）。MXene油墨大体可以分为水系和有机油墨。MXene水系油墨的流变性和多种因素有关，包括单层和多层MXene，墨水浓度，MXene片尺寸，和不同分散体等（图3）。MXene在有机溶剂中的流变性与水分散体类似，但相关的研究较少（图4）。

图2. 二维功能墨水的流变性。

图3. MXene水性油墨的流变性。

图4. MXene有机油墨的流变性。

2. MXene基微型超级电容器

MXene的亲水性的表面官能团和负的zeta电位赋予了MXene在极性溶剂中的稳定分散性，这有利于MXene通过溶液加工技术来构建微型超级电容器（图5）。目前，MXene MSCs的工作主要集中MXene改性（图6）、插层/复合（图7）、微结构设计（3D，非对称结构等）（图8，9）等方面，旨在进一步提升器件的面积能量密度，满足实际应用场景的需求。

图5. 通过溶液加工过程制造MXene MSCs的方法，包括喷涂/旋涂、3D打印、墨水书写、图案涂覆、丝网印刷等涂层和印刷技术。

图6. 基于改性MXene的MSCs。

图7. 基于插层/复合MXene的MSCs。

图8. 3D MXene结构。

图9. 非对称 MXene MSCs。

3. MXene MSCs的功能集成

目前，MXene MSCs 的焦点主要集中在制造技术和电极材料的优化上，对功能性集成关注较少。首先，为了满足不同应用场景的需求，MXene MSCs往往需要通过串并联来获得更高的输出电压或者更高的储能容量（图10）。MXene基微型超级电容器集成系统的供能方式主要有纳米发电机、太阳能电池以及无线充电等（图11）。MXene MSCs的功能化集成主要体现在微传感、滤波、光电探测以及电磁屏蔽等方面（图12，13）。其中，多功能集成系统中MXene MSCs模块的性能如表1所示。

图10. MXene MSCs的串并联集成。

图11. MXene MSCs的供能方式。

图12. MXene MSCs的功能性集成。

图13. MXene MSCs用于交流滤波。

表 1. MXene MSCS的电化学性能及其集成应用。

Note: BP – black phosphorus; LTO – lithium titanate; LFP – lithium iron phosphate;Co-Al-LDH – Co-Al layered double hydroxide; NMP – N-methyl-2-pyrrolidone; GO – graphene oxide; PEDOT – poly(3,4-ethylenedioxy thiophene).