Ilustración de impresión combinatoria de alto rendimiento. El nuevo método de impresión 3D, la impresión combinatoria de alto rendimiento (HTCP), acelera drásticamente el descubrimiento y la producción de nuevos materiales. Crédito: Universidad de Notre Dame
Se creó un nuevo método de impresión 3D llamado impresión combinatoria de alto rendimiento (HTCP), que acelera significativamente el descubrimiento y la producción de nuevos materiales.
El proceso consiste en mezclar varias tintas de nanomateriales en aerosol durante la impresión, lo que permite un control preciso de la arquitectura de los materiales impresos y las composiciones locales. Este método produce materiales con propiedades y composiciones de gradiente y se puede aplicar a una amplia gama de sustancias, incluidos metales, semiconductores, polímeros y biomateriales.
El tradicional proceso de descubrimiento de prueba y error de Edison es lento y laborioso. Esto obstaculiza el desarrollo de nuevas tecnologías que se necesitan con urgencia para la energía limpia y la sostenibilidad ambiental, así como para dispositivos electrónicos y biomédicos.
“Por lo general, lleva de 10 a 20 años descubrir un nuevo material”, dijo Yanliang Zhang, profesor asociado de ingeniería aeroespacial y mecánica en la Universidad de Notre Dame.
«Pensé que si podíamos acortar ese tiempo a menos de un año, o incluso unos meses, sería un cambio de juego para descubrir y fabricar nuevos materiales».
Ahora, Zhang ha hecho exactamente eso, creando un nuevo método de impresión 3D que produce materiales en formas que la fabricación convencional no puede igualar. El nuevo proceso mezcla múltiples tintas de nanomateriales en aerosol en una sola boquilla de impresión, variando la tasa de mezcla de tinta durante el proceso de impresión. Este método, llamado impresión combinatoria de alto rendimiento (HTCP), controla las arquitecturas 3D y las composiciones locales de los materiales impresos y produce materiales con composiciones y propiedades de gradiente a una resolución espacial de microescala.
Su investigación se publicó el 10 de mayo de 2023 en la revista Nature.
El HTCP basado en aerosol es extremadamente versátil y aplicable a una amplia gama de metales, semiconductores y dieléctricos, así como a polímeros y biomateriales. Genera materiales combinacionales que funcionan como «bibliotecas», cada una de las cuales contiene miles de composiciones únicas.
La combinación de impresión de materiales coincidentes y caracterización de alto rendimiento puede acelerar significativamente el descubrimiento de materiales, dijo Zhang. Su equipo ya ha utilizado este enfoque para identificar un material semiconductor con propiedades termoeléctricas superiores, un descubrimiento prometedor para aplicaciones de enfriamiento y recolección de energía.
Además de acelerar el descubrimiento, HTCP produce materiales clasificados funcionalmente que pasan gradualmente de duros a blandos. Esto los hace particularmente útiles en aplicaciones biomédicas que necesitan cerrar la brecha entre los tejidos blandos del cuerpo y los dispositivos implantables y portátiles rígidos.
En la próxima fase de investigación, Zhang y los estudiantes de su Laboratorio de Energía y Fabricación Avanzada planean aplicar estrategias guiadas por inteligencia artificial y aprendizaje automático a la naturaleza rica en datos de HTCP para acelerar el descubrimiento y el desarrollo de una amplia gama de materiales
“En el futuro, espero desarrollar un proceso autónomo y autónomo para el descubrimiento de materiales y la fabricación de dispositivos, de modo que los estudiantes del laboratorio puedan concentrarse en el pensamiento de alto nivel”, dijo Zhang.
Referencia: «Impresión de alto rendimiento de materiales combinatorios en aerosol» por Minxiang Zeng, Yipu Du, Qiang Jiang, Nicholas Kempf, Chen Wei, Miles V. Bimrose, ANM Tanvir, Hengrui Xu, Jiahao Chen, Dylan J. Kirsch, Joshua Martin, Brian C. Wyatt, Tatsunori Hayashi, Mortaza Saeidi-Javash, Hirotaka Sakaue, Babak Anasori, Lihua Jin, Michael D. McMurtrey y Yanliang Zhang, 10 de mayo de 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05898-9
