圣母大学张艳良教授团队Nature：高通量组合3D打印方法

来源： 化学与材料科学

南极熊获悉，美国圣母大学张艳良教授团队成功开发了一种突破性的3D打印方法。研究成果在Nature上发表，题为“High-throughput printing of combinatorial materials from aerosols”。

张艳良教授团队开发了一种全新的高通量组合打印方法。这一技术利用单个打印喷头原位混合多种气溶胶纳米材料墨水，并实时调节墨水混合比例。如此一来，不仅实现了对打印材料3D结构和局部成分的精确控制，还能以微米级分辨率制造出具有功能梯度的材料。基于气溶胶的高通量组合打印技术的一大优势是其通用性，能够广泛应用于金属、半导体、介电材料以及聚合物和生物材料的打印。这意味着，该技术可以在很多领域可以发挥巨大作用，加速能源，电子和生物医学材料和器件的研究和开发。

图1： 高通量组合打印原理及其打印策略

张艳良教授团队成功应用高通量组合打印在材料发现、功能分级材料以及化学反应等领域取得了突破。他表示：“我们希望通过这种方法将新材料的发现时间从10-20年缩短到不到一年，甚至更短。”

高通量组合打印制造的组合材料可被视为一个包含数千种独特成分的材料库。通过高通量测量这些材料的局部特性，研究人员能够迅速找到具有独特性能的最佳材料成分。张教授团队成功的发现了一种具有卓越热电性能的半导体材料，该材料在能源收集和固态制冷领域具有巨大前景。

图2： 高通量组合打印广泛适用于多种材料的组合打印

除了加速材料发现，高通量组合打印方法还在生物医学应用中发挥着关键作用。张教授表示：“我们展示了一种具有梯度模量的功能分级材料，该材料从硬到软过渡，有助于解决软组织和硬生物医学器件之间的机械性能不匹配问题。”

图3： 高通量组合打印能够实现组合掺杂和材料开发，功能梯度材料，组合化学反应及组分微观构造。

未来的研究将进一步发掘高通量组合打印技术的制造自由度和快速产生大量材料数据的特性，结合机器学习和人工智能引导的设计策略，以加速发现和开发各种具有前所未有性能的新材料。

总的来说，张艳良教授团队通过开发高通量组合打印方法，为解决能源和环境可持续性挑战以及推动电子和生物医学器件的进步做出了重要贡献。通过这一技术，有望大幅缩短新材料的发现时间，加速科技进步，造福人类社会。

作者简介
张艳良博士是美国圣母大学航空与机械工程系的副教授。他于2011年从伦斯勒理工学院获得机械工程博士学位。他的研究领域包括增材制造、纳米材料、热电转换和能量存储、传感和健康监测的先进材料和器件。他曾获得美国NSF Career Award、国际热电学会Young Investigator Award、和多个国际会议最佳论文奖等荣誉。他的文章发在多个国际顶级期刊，包含Nature, Nature Materials, Energy and Environmental Science, Chemical Society Review, Advanced Materials, etc.

原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05898-9