材料科学：エアロゾルからのコンビナトリアル材料の高スループットプリンティング

新材料の開発と、それらの組成や微細構造の最適化は、クリーンエネルギーや環境持続可能性などの次世代技術に不可欠である。しかし、材料の発見と最適化は、非常に遅々とした過程である。エジソン式の試行錯誤過程は、特に広大な材料設計空間と対比させると、時間を要するとともにリソース効率が悪い。従来のコンビナトリアル堆積法は、材料ライブラリーを作製できる一方で、材料の選択肢が限られるという問題があり、ナノ材料合成における主なブレークスルーを利用できない。今回我々は、組成傾斜材料をマイクロスケールの空間分解能で作製できる、高スループットのコンビナトリアルプリンティング法を報告する。エアロゾル相においてin situで混合・プリントすることによって、その場でさまざまな材料の混合比を瞬時に調整できる。これは、液–液相や固–固相の原料を用いる従来の多材料プリンティングでは得られない重要な特徴である。我々は、さまざまな高スループットプリンティング戦略と、コンビナトリアルドーピング、機能傾斜化、化学反応への応用を実証し、ドープされたカルコゲニドや傾斜特性を持つ組成傾斜材料の探索を可能にした。付加製造のトップダウン型の設計自由度と局所的な材料組成のボトムアップ型の制御を兼ね備えられることによって、従来の製造法では得られない複雑な組成の材料の開発が期待される。

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