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一种被称为高通量组合打印（HTCP）的新型3D打印方法已经诞生，它大大加速了新材料的发现和生产。该过程涉及在打印过程中混合多种气溶胶纳米材料油墨，这使得打印材料的结构和局部成分得到精细控制。这种方法产生的材料具有渐变的成分和特性，可以应用于广泛的物质，包括金属、半导体、聚合物和生物材料。

高通量组合打印图解。高通量组合打印（HTCP）极大地加速了新材料的发现和生产。资料来源：圣母大学

不断地试验和错误发现过程是缓慢和劳动密集型的。这阻碍了清洁能源和环境可持续性以及电子和生物医学设备急需的新技术的发展。圣母大学航空航天和机械工程副教授张延良说："发现一种新材料通常需要10到20年。我想如果我们能把这个时间缩短到一年以内--甚至几个月--这将改变新材料的发现和制造的游戏规则。"

现在张已经做到了这一点，创造了一种新型的3D打印方法，以传统制造业无法比拟的方式生产材料。新工艺在一个打印喷嘴中混合多种气溶胶纳米材料墨水，在打印过程中不断改变墨水混合比例。这种方法--被称为高通量组合印刷（HTCP）--可以控制印刷材料的三维结构和局部成分，并以微观空间分辨率生产具有梯度成分和特性的材料。他的研究于2023年5月10日发表在《自然》杂志上。

基于气溶胶的HTCP用途非常广泛，适用于广泛的金属、半导体和电介质，以及聚合物和生物材料。它生成的组合材料具有"库"的功能，每一种都包含成千上万的独特成分。

结合组合材料打印和高通量表征可以大大加快材料的发现。张的团队已经用这种方法确定了一种具有卓越热电特性的半导体材料，这是一个有希望用于能量收集和冷却应用的发现。

除了加快发现速度，HTCP还能生产出功能分级的材料，从硬到软逐渐过渡。这使得它们在生物医学应用中特别有用，这些应用需要在柔软的身体组织和坚硬的可穿戴和可植入设备之间搭建桥梁。

在下一阶段的研究中，张和他的先进制造和能源实验室的学生计划将机器学习和人工智能指导的策略应用于HTCP的丰富数据，以加速发现和开发广泛的材料。

"在未来，我希望为材料发现和设备制造开发一个自主和自我驱动的过程，因此实验室的学生可以自由地专注于高水平的思考，"张说。

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