Освященный веками Эдисоновский процесс проб и ошибок медленный и трудоемкий. Это препятствует разработке остро необходимых новых технологий для чистой энергии и экологической устойчивости, а также для электроники и биомедицинских устройств.
«Обычно требуется от 10 до 20 лет, чтобы открыть новый материал », — сказал Яньлян Чжан, доцент кафедры аэрокосмической техники и машиностроения в Университете Нотр-Дам.
«Я подумал, что если бы мы могли сократить это время до года или даже до нескольких месяцев, это изменило бы правила игры для открытия и производства новых материалов».
Теперь Чжан сделал именно это, создав новый метод 3D-печати , который позволяет производить материалы способами, недоступными для обычного производства. Новый процесс смешивает несколько аэрозольных чернил из наноматериала в одном печатающем сопле, изменяя соотношение смешивания чернил на лету во время процесса печати . Этот метод, называемый комбинаторной печатью с высокой пропускной способностью (HTCP), контролирует как трехмерную архитектуру печатных материалов, так и локальные композиции, и создает материалы с градиентными композициями и свойствами при микромасштабном пространственном разрешении.
Его исследование было только что опубликовано в Nature.
HTCP на основе аэрозоля чрезвычайно универсален и применим к широкому спектру металлов, полупроводников и диэлектриков, а также полимеров и биоматериалов. Он генерирует комбинированные материалы, которые функционируют как «библиотеки», каждая из которых содержит тысячи уникальных композиций.
По словам Чжана, сочетание комбинированной печати материалов и высокопроизводительной характеристики может значительно ускорить поиск материалов. Его команда уже использовала этот подход для определения полупроводникового материала с превосходными термоэлектрическими свойствами, что является многообещающим открытием для приложений по сбору энергии и охлаждению.
В дополнение к ускорению обнаружения, HTCP производит функционально классифицированные материалы, которые постепенно переходят от жестких к мягким. Это делает их особенно полезными в биомедицинских приложениях, где необходимо создать мост между мягкими тканями тела и жесткими носимыми и имплантируемыми устройствами.
На следующем этапе исследований Чжан и студенты его Лаборатории передового производства и энергетики планируют применить стратегии машинного обучения и искусственного интеллекта к богатой данными природе HTCP, чтобы ускорить открытие и разработку широкого спектра материалы.
«В будущем я надеюсь разработать автономный и автономный процесс поиска материалов и производства устройств, чтобы студенты в лаборатории могли свободно сосредоточиться на высокоуровневом мышлении», — сказал Чжан.
Теги: киборг, полимеры, принтер
