发现一种新材料通常需要10至20年的时间，而且试错过程通常是缓慢而费力的，这阻碍了清洁能源、电子和生物医学设备所需新技术的发展。如果能将这一时间缩短至不到一年甚至几个月，将改变新材料发现和制造的游戏规则。

近期，美国圣母大学的科学家在这方面取得了突破，他们发明了一种新型3D打印方法——高通量组合打印（HTCP），能够控制材料的3D结构和局部成分，打印出柔韧程度呈梯度变化的材料，有望成为新材料发现和制造领域的“游戏规则改变者”。

研究人员表示，这种全新的3D打印方法能以传统制造无法比拟的方式生产材料。最新研究成果已于近期发表在了《自然》杂志上。

具体而言，在新工艺中，多种雾化纳米材料“油墨”会在一个打印喷嘴中混合，且在打印过程中，“油墨”中各种材料的比例也会动态改变。因此，HTCP能控制打印材料的3D结构和局部成分，并以微尺度空间分辨率生产柔韧程度逐渐变化的梯度材料。

该团队表示，基于气溶胶的HTCP非常通用，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。它产生的组合材料就像“图书馆”一样，每个都包含数千种独特的成分，因此可显著加速新材料的研制。

据悉，该研究小组已经使用新方法打印出一种具有优异热电性能的半导体材料，这一材料有望在能量收集和冷却应用领域“大显身手”。而梯度材料可用作柔软的身体组织和坚硬的可穿戴或植入式设备之间的“桥梁”，在生物医学领域特别有用。

在下一阶段的研究中，该研究小组计划将机器学习和人工智能策略应用于HTCP，提供更丰富的数据，以加速更多新材料的研发。

编辑/范辉