圣母大學張艷良教授團隊Nature：高通量組合3D打印方法
時間：2023-05-17 09:02 來源：化學與材料科學 作者：admin 閱讀：次
美國圣母大學張艷良教授團隊成功開發了一種突破性的3D打印方法。研究成果在Nature上發表，題為“High-throughput printing of combinatorial materials from aerosols”。
張艷良教授團隊開發了一種全新的高通量組合打印方法。這一技術利用單個打印噴頭原位混合多種氣溶膠納米材料墨水，并實時調節墨水混合比例。如此一來，不僅實現了對打印材料3D結構和局部成分的精確控制，還能以微米級分辨率制造出具有功能梯度的材料。基于氣溶膠的高通量組合打印技術的一大優勢是其通用性，能夠廣泛應用于金屬、半導體、介電材料以及聚合物和生物材料的打印。這意味著，該技術可以在很多領域可以發揮巨大作用，加速能源，電子和生物醫學材料和器件的研究和開發。
張艷良教授團隊成功應用高通量組合打印在材料發現、功能分級材料以及化學反應等領域取得了突破。他表示：“我們希望通過這種方法將新材料的發現時間從10-20年縮短到不到一年，甚至更短。”高通量組合打印制造的組合材料可被視為一個包含數千種獨特成分的材料庫。通過高通量測量這些材料的局部特性，研究人員能夠迅速找到具有獨特性能的最佳材料成分。張教授團隊成功的發現了一種具有卓越熱電性能的半導體材料，該材料在能源收集和固態制冷領域具有巨大前景。
除了加速材料發現，高通量組合打印方法還在生物醫學應用中發揮著關鍵作用。張教授表示：“我們展示了一種具有梯度模量的功能分級材料，該材料從硬到軟過渡，有助于解決軟組織和硬生物醫學器件之間的機械性能不匹配問題。”
作者簡介
張艷良博士是美國圣母大學航空與機械工程系的副教授。他于2011年從倫斯勒理工學院獲得機械工程博士學位。他的研究領域包括增材制造、納米材料、熱電轉換和能量存儲、傳感和健康監測的先進材料和器件。他曾獲得美國NSF Career Award、國際熱電學會Young Investigator Award、和多個國際會議最佳論文獎等榮譽。他的文章發在多個國際頂級期刊，包含Nature, Nature Materials, Energy and Environmental Science, Chemical Society Review, Advanced Materials, etc.
原文鏈接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05898-9
張艷良教授團隊開發了一種全新的高通量組合打印方法。這一技術利用單個打印噴頭原位混合多種氣溶膠納米材料墨水，并實時調節墨水混合比例。如此一來，不僅實現了對打印材料3D結構和局部成分的精確控制，還能以微米級分辨率制造出具有功能梯度的材料。基于氣溶膠的高通量組合打印技術的一大優勢是其通用性，能夠廣泛應用于金屬、半導體、介電材料以及聚合物和生物材料的打印。這意味著，該技術可以在很多領域可以發揮巨大作用，加速能源，電子和生物醫學材料和器件的研究和開發。
圖1： 高通量組合打印原理及其打印策略
張艷良教授團隊成功應用高通量組合打印在材料發現、功能分級材料以及化學反應等領域取得了突破。他表示：“我們希望通過這種方法將新材料的發現時間從10-20年縮短到不到一年，甚至更短。”高通量組合打印制造的組合材料可被視為一個包含數千種獨特成分的材料庫。通過高通量測量這些材料的局部特性，研究人員能夠迅速找到具有獨特性能的最佳材料成分。張教授團隊成功的發現了一種具有卓越熱電性能的半導體材料，該材料在能源收集和固態制冷領域具有巨大前景。
圖2： 高通量組合打印廣泛適用于多種材料的組合打印
除了加速材料發現，高通量組合打印方法還在生物醫學應用中發揮著關鍵作用。張教授表示：“我們展示了一種具有梯度模量的功能分級材料，該材料從硬到軟過渡，有助于解決軟組織和硬生物醫學器件之間的機械性能不匹配問題。”
圖3： 高通量組合打印能夠實現組合摻雜和材料開發，功能梯度材料，組合化學反應及組分微觀構造。
未來的研究將進一步發掘高通量組合打印技術的制造自由度和快速產生大量材料數據的特性，結合機器學習和人工智能引導的設計策略，以加速發現和開發各種具有前所未有性能的新材料。總的來說，張艷良教授團隊通過開發高通量組合打印方法，為解決能源和環境可持續性挑戰以及推動電子和生物醫學器件的進步做出了重要貢獻。通過這一技術，有望大幅縮短新材料的發現時間，加速科技進步，造福人類社會。作者簡介
張艷良博士是美國圣母大學航空與機械工程系的副教授。他于2011年從倫斯勒理工學院獲得機械工程博士學位。他的研究領域包括增材制造、納米材料、熱電轉換和能量存儲、傳感和健康監測的先進材料和器件。他曾獲得美國NSF Career Award、國際熱電學會Young Investigator Award、和多個國際會議最佳論文獎等榮譽。他的文章發在多個國際頂級期刊，包含Nature, Nature Materials, Energy and Environmental Science, Chemical Society Review, Advanced Materials, etc.
原文鏈接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05898-9
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