혁신적인 3D 프린팅 기술은 신소재 발견 및 제조를 위한 "게임 체인저"입니다.

[이매진]

혁신적인 3D 프린팅 기술은 신소재 발견 및 제조를 위한 "게임 체인저"입니다.

https://scitechdaily.com/revolutionary-3d-printing-technology-a-game-changer-for-discovering-and-manufacturing-new-materials/

주제:3D 프린팅생체 재료재료과학나노소재나노기술반도체노트르담대학교

By 노틀담 대학교 2023년 6월 6일

높은 처리량 조합 인쇄 그림. 새로운 3D 프린팅 방법인 HTCP(high-throughput combinatorial printing)는 새로운 재료의 발견과 생산을 크게 가속화합니다. 크레딧: 노트르담 대학교

HTCP(high-throughput combinatorial printing)라는 새로운 3D 프린팅 방법이 개발되어 새로운 재료의 발견과 생산을 크게 가속화합니다.

이 프로세스에는 인쇄 중에 여러 에어로졸화된 나노물질 잉크를 혼합하는 작업이 포함되며, 이를 통해 인쇄된 재료의 구조와 로컬 구성을 미세하게 제어할 수 있습니다. 이 방법은 구배 조성 및 특성을 갖는 재료를 생산하며 금속, 반도체 , 고분자 및 생체 재료 를 포함한 광범위한 물질에 적용될 수 있습니다 .

오랜 역사를 자랑하는 에디슨의 시행착오 발견 과정은 느리고 노동 집약적입니다. 이는 청정 에너지와 환경적 지속 가능성, 전자 장치 및 생체 의학 장치를 위해 시급히 필요한 신기술 개발을 방해합니다.

노트르담 대학교 항공우주 및 기계공학 부교수인 Yanliang Zhang은 "새로운 물질을 발견하는 데 보통 10년에서 20년이 걸린다"고 말했다.

"저는 그 시간을 1년 미만 또는 심지어 몇 달로 단축할 수 있다면 새로운 재료의 발견 및 제조를 위한 게임 체인저가 될 것이라고 생각했습니다."

이제 Zhang은 기존의 제조 방식이 따라올 수 없는 방식으로 재료를 생산하는 새로운 3D 프린팅 방법을 만들어 그 일을 해냈습니다. 새로운 프로세스는 단일 인쇄 노즐에서 여러 개의 에어로졸화된 나노 재료 잉크를 혼합하여 인쇄 프로세스 중에 즉석에서 잉크 혼합 비율을 변경합니다. HTCP(high-throughput combinatorial printing)라고 하는 이 방법은 인쇄된 재료의 3D 아키텍처와 로컬 구성을 모두 제어하고 마이크로스케일 공간 해상도에서 그라데이션 구성과 특성을 가진 재료를 생성합니다.

그의 연구는 2023년 5월 10일 Nature 저널에 게재되었습니다 .

에어로졸 기반 HTCP는 매우 다재다능하며 광범위한 금속, 반도체 및 유전체뿐만 아니라 폴리머 및 생체 재료에 적용할 수 있습니다. 각각 수천 개의 고유한 구성을 포함하는 "라이브러리" 기능을 하는 조합 재료를 생성합니다.

조합 재료 인쇄와 높은 처리량 특성화를 결합하면 재료 발견을 크게 가속화할 수 있다고 Zhang은 말했습니다. 그의 팀은 이미 이 접근 방식을 사용하여 우수한 열전 특성을 가진 반도체 재료를 식별했으며, 이는 에너지 수확 및 냉각 응용 분야에 대한 유망한 발견입니다.

발견 속도를 높이는 것 외에도 HTCP는 뻣뻣함에서 연성으로 점진적으로 전환되는 기능적으로 등급이 매겨진 재료를 생산합니다. 이것은 부드러운 신체 조직과 딱딱한 웨어러블 및 이식형 장치 사이를 연결해야 하는 생의학 응용 분야에서 특히 유용합니다.

연구의 다음 단계에서 Zhang과 그의 Advanced Manufacturing and Energy Lab의 학생들은 기계 학습 및 인공 지능 기반 전략을 HTCP의 풍부한 데이터 특성에 적용하여 광범위한 제품의 발견 및 개발을 가속화할 계획입니다. 재료.

"미래에는 재료 발견 및 장치 제조를 위한 자율적이고 자율적인 프로세스를 개발하여 연구실의 학생들이 높은 수준의 사고에 자유롭게 집중할 수 있기를 바랍니다."라고 Zhang은 말했습니다.

참조: Minxiang Zeng, Yipu Du, Qiang Jiang, Nicholas Kempf, Chen Wei, Miles V. Bimrose, ANM Tanvir, Hengrui Xu, Jiahao Chen, Dylan J. Kirsch, Joshua Martin의 "에어로졸 조합 재료의 고속 처리량 인쇄" , Brian C. Wyatt, Tatsunori Hayashi, Mortaza Saeidi-Javash, Hirotaka Sakaue, Babak Anasori, Lihua Jin, Michael D. McMurtrey 및 Yanliang Zhang, 2023년 5월 10일, Nature .
DOI: 10.1038/s41586-023-05898-9