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Oct 20, 2023

Nuovo metodo di stampa 3D per la scoperta e la produzione di nuovi materiali

The time-honored Edisonian trial-and-error process of discovery is slow and

Il tradizionale processo di scoperta per tentativi ed errori di Edison è lento e richiede molto lavoro. Ciò ostacola lo sviluppo di nuove tecnologie urgentemente necessarie per l’energia pulita e la sostenibilità ambientale, nonché per l’elettronica e i dispositivi biomedici.

"Di solito ci vogliono dai 10 ai 20 anni per scoprire un nuovo materiale", ha affermato Yanliang Zhang, professore associato di ingegneria aerospaziale e meccanica presso l'Università di Notre Dame.

"Ho pensato che se fossimo riusciti a ridurre quel tempo a meno di un anno, o anche a pochi mesi, sarebbe stato un punto di svolta per la scoperta e la produzione di nuovi materiali."

Ora Zhang ha fatto proprio questo,creando un nuovo metodo di stampa 3D che produce materiali in modi che la produzione convenzionale non può eguagliare. Il nuovo processo mescola più inchiostri nanomateriali aerosolizzati in un singolo ugello di stampa, variando al volo il rapporto di miscelazione dell’inchiostro durante il processo di stampa. Questo metodo, chiamato stampa combinatoria ad alto rendimento (HTCP), controlla sia le architetture 3D dei materiali stampati che le composizioni locali e produce materiali con composizioni e proprietà gradienti con risoluzione spaziale su microscala.

La sua ricerca è stata appena pubblicata su Nature.

L'HTCP basato su aerosol è estremamente versatile e applicabile a un'ampia gamma di metalli, semiconduttori e dielettrici, nonché polimeri e biomateriali. Genera materiali combinatori che funzionano come "biblioteche", ciascuna contenente migliaia di composizioni uniche.

La combinazione della stampa combinata di materiali e della caratterizzazione ad alto rendimento può accelerare significativamente la scoperta dei materiali, ha affermato Zhang. Il suo team ha già utilizzato questo approccio per identificare un materiale semiconduttore con proprietà termoelettriche superiori, una scoperta promettente per applicazioni di raccolta e raffreddamento di energia.

Oltre ad accelerare la scoperta, HTCP produce materiali funzionalmente classificati che passano gradualmente da rigidi a morbidi. Ciò li rende particolarmente utili nelle applicazioni biomediche che necessitano di collegare i tessuti molli del corpo e i dispositivi rigidi indossabili e impiantabili.

Nella fase successiva della ricerca, Zhang e gli studenti del suo Advanced Manufacturing and Energy Lab intendono applicare strategie basate sull'apprendimento automatico e sull'intelligenza artificiale alla natura ricca di dati di HTCP al fine di accelerare la scoperta e lo sviluppo di un'ampia gamma di materiali.

"In futuro, spero di sviluppare un processo autonomo e autonomo per la scoperta dei materiali e la produzione di dispositivi, in modo che gli studenti in laboratorio possano essere liberi di concentrarsi sul pensiero di alto livello", ha affermato Zhang.

- Il presente comunicato stampa è stato originariamente pubblicato sul sito web dell'Università di Notre Dame