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Oct 20, 2023

Novo método de impressão 3D para descoberta e fabricação de novos materiais

O consagrado processo edisoniano de descoberta de tentativa e erro é lento e

O consagrado processo de descoberta de tentativa e erro edisoniano é lento e trabalhoso. Isso dificulta o desenvolvimento de novas tecnologias urgentemente necessárias para energia limpa e sustentabilidade ambiental, bem como para dispositivos eletrônicos e biomédicos.

"Geralmente leva de 10 a 20 anos para descobrir um novo material", disse Yanliang Zhang, professor associado de engenharia aeroespacial e mecânica da Universidade de Notre Dame.

"Achei que se pudéssemos encurtar esse tempo para menos de um ano - ou mesmo alguns meses - seria uma virada de jogo para a descoberta e fabricação de novos materiais."

Agora Zhang fez exatamente isso,criando um novo método de impressão 3D que produz materiais de maneiras que a fabricação convencional não pode igualar. O novo processo mistura várias tintas de nanomateriais em aerossol em um único bocal de impressão, variando a taxa de mistura de tinta durante o processo de impressão. Esse método — chamado impressão combinatória de alto rendimento (HTCP) — controla as arquiteturas 3D e as composições locais dos materiais impressos e produz materiais com composições e propriedades de gradiente em resolução espacial em microescala.

Sua pesquisa acaba de ser publicada na Nature.

O HTCP baseado em aerossol é extremamente versátil e aplicável a uma ampla gama de metais, semicondutores e dielétricos, bem como polímeros e biomateriais. Gera materiais combinacionais que funcionam como "bibliotecas", cada uma contendo milhares de composições únicas.

A combinação de impressão de materiais combinados e caracterização de alto rendimento pode acelerar significativamente a descoberta de materiais, disse Zhang. Sua equipe já usou essa abordagem para identificar um material semicondutor com propriedades termoelétricas superiores, uma descoberta promissora para aplicações de coleta de energia e resfriamento.

Além de acelerar a descoberta, o HTCP produz materiais classificados funcionalmente que passam gradualmente de rígidos para macios. Isso os torna particularmente úteis em aplicações biomédicas que precisam fazer a ponte entre tecidos moles do corpo e dispositivos vestíveis e implantáveis ​​rígidos.

Na próxima fase da pesquisa, Zhang e os alunos em seu Laboratório de Manufatura Avançada e Energia planejam aplicar aprendizado de máquina e estratégias guiadas por inteligência artificial à natureza rica em dados do HTCP, a fim de acelerar a descoberta e o desenvolvimento de uma ampla gama de materiais.

"No futuro, espero desenvolver um processo autônomo e autônomo para descoberta de materiais e fabricação de dispositivos, para que os alunos no laboratório possam se concentrar no pensamento de alto nível", disse Zhang.

- Este comunicado de imprensa foi originalmente publicado no site da Universidade de Notre Dame