Nature：革新科技：高通量气溶胶组合材料打印的未来

一、 【导读】

在科技创新中，材料的开发起着关键作用。组合材料的沉积，如共溅射，使我们能够快速筛选用于电子、磁性、光学和能源应用的新材料。然而，尽管增材制造和各种打印技术（如喷墨打印、电化学打印和电流动氧化还原打印）为制造复杂结构的材料和材料库提供了新的可能，但由于缺乏快速混合机制和变化混合比例的能力，这些方法在材料选项和不同材料的组合上仍然受到限制。此外，虽然传统的组合沉积方法可以生成材料库，但这些方法无法充分利用纳米材料合成的突破，且材料的发现和优化过程仍然很慢。我们需要寻找新的方法来加速这个过程，并突破现有的限制。

二、【成果掠影】

近日，美国印第安纳州圣母大学的张艳良教授报告一种高通量组合打印方法，能够以微米级空间分辨率制造具有组成梯度的材料。在气溶胶相中进行原位混合和打印，可以即时调整各种材料的混合比例，这是使用液-液或固-固相馈料的传统多材料打印无法获得的重要特性。同时展示了各种高通量打印策略以及在组合掺杂、功能梯度和化学反应中的应用，使得探索掺杂硫属元素和具有梯度属性的组成梯度材料成为可能。结合增材制造的自上而下的设计自由度和对局部材料组成的自下而上的控制能力，有望开发出通过传统制造方法无法获得的组成复杂的材料。相关成果以“High-throughput printing of combinatorial materials from aerosols”为题发表在Nature上。

三、【核心创新点】

这项创新报告了一种高通量组合打印方法，它能实现原位混合和打印，以微米级空间分辨率快速调整各种材料的混合比例，从而制造出具有组成梯度的材料。

四、【数据概览】

图1 高通量组合打印（HTCP）的设计策略。 © 2023 Springer Nature

图2 快速打印具有梯度组成的组合材料。 © 2023 Springer Nature

图3 具有广泛材料选择的HTCP。 © 2023 Springer Nature

图4 HTCP实现了组合掺杂、功能梯度、化学反应和组成微结构化。 © 2023 Springer Nature

五、【成果启示】

总之， HTCP方法利用快速的气溶胶基混合和混合比例的调节，实现了具有梯度组成的多功能材料库的高通量制造。这种原位混合和打印方法可能激发多个潜在的研究方向。首先，HTCP可以制造金属、氮化物、碳化物、硫属元素、卤化物甚至看似不兼容的材料的梯度膜，从而使得材料选择大大扩展，实现了组合材料的筛选和优化。其次，HTCP可以产生具有独特的组成/结构排列和超越其均匀组成的组成材料的优越性能的功能梯度材料。此外，反应性材料的组合打印为化学/材料合成的高通量探索、实验和表征提供了新的可能性。下一阶段的研究将侧重于利用HTCP的制造自由度和丰富的数据性质，以及机器学习和人工智能引导的设计策略，这有望加速发现和开发一系列具有引人入胜和前所未有的性质的材料，以用于新兴的应用。

原文详情：Zeng, M., Du, Y., Jiang, Q. et al. High-throughput printing of combinatorial materials from aerosols. Nature 617, 292–298 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05898-9
本文由jiojio供稿