一種被稱為高通量組合打印（HTCP）的新型3D打印方法已經(jīng)誕生，它大大加速了新材料的發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)。該過程涉及在打印過程中混合多種氣溶膠納米材料油墨，這使得打印材料的結(jié)構(gòu)和局部成分得到精細(xì)控制。這種方法產(chǎn)生的材料具有漸變的成分和特性，可以應(yīng)用于廣泛的物質(zhì)，包括金屬、半導(dǎo)體、聚合物和生物材料。

不斷地試錯(cuò)發(fā)現(xiàn)過程是緩慢和繁雜的。這阻礙了清潔能源和環(huán)境可持續(xù)性以及電子和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備急需的新技術(shù)的發(fā)展。圣母大學(xué)航空航天和機(jī)械工程副教授張延良說：“發(fā)現(xiàn)一種新材料通常需要10到20年。我想如果我們能把這個(gè)時(shí)間縮短到一年以內(nèi)——甚至幾個(gè)月——這將改變新材料的發(fā)現(xiàn)和制造的游戲規(guī)則�！�

現(xiàn)在，張延良已經(jīng)做到了這一點(diǎn)，創(chuàng)造了一種新型的3D打印方法，以傳統(tǒng)制造業(yè)無法比擬的方式生產(chǎn)材料。新工藝在一個(gè)打印噴嘴中混合多種氣溶膠納米材料墨水，在打印過程中不斷改變墨水混合比例。這種方法——被稱為高通量組合打�。℉TCP）——可以控制打印材料的三維結(jié)構(gòu)和局部成分，并以微觀空間分辨率生產(chǎn)具有梯度成分和特性的材料。他的研究于5月10日發(fā)表在《自然》雜志上。

基于氣溶膠的HTCP用途非常廣泛，適用于廣泛的金屬、半導(dǎo)體和電介質(zhì)，以及聚合物和生物材料。它生成的組合材料具有“庫(kù)”的功能，每一種都包含成千上萬的獨(dú)特成分。

結(jié)合組合材料打印和高通量表征可以大大加快材料的發(fā)現(xiàn)。張延良的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)用這種方法確定了一種具有*熱電特性的半導(dǎo)體材料，這是一個(gè)有希望用于能量收集和冷卻應(yīng)用的發(fā)現(xiàn)。

除了加快發(fā)現(xiàn)速度，HTCP還能生產(chǎn)出功能分級(jí)的材料，從硬到軟逐漸過渡。這使得它們?cè)谏�物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中特別有用，這些應(yīng)用需要在柔軟的身體組織和堅(jiān)硬的可穿戴和可植入設(shè)備之間搭建橋梁。

在下一階段的研究中，張延良和他的先進(jìn)制造和能源實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生計(jì)劃將機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能指導(dǎo)的策略應(yīng)用于HTCP的數(shù)據(jù)豐富，以加速發(fā)現(xiàn)和開發(fā)廣泛的材料。

“在未來，我希望為材料發(fā)現(xiàn)和設(shè)備制造成為一個(gè)自主和自我驅(qū)動(dòng)的過程，因此實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生可以自由地專注于高水平的思考。”張延良說。

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