Forskere udvikler vandtrykssensor, der kan udskrives på

En ny, alsidig plast-komposit sensor kan registrere små mængder vand. Det 3D-printbare materiale, udviklet af et spansk-israelsk team af forskere, er billig, fleksibel og giftfri og skifter farve fra lilla til blå under våde forhold. Forskerne, ledet af Pilar Amo-Ochoa fra det autonome universitet i Madrid (UAM), brugte DESYs røntgenlyskilde PETRA III til at forstå de strukturelle ændringer i materialet, der udløses af vand og fører til den observerede farveændring. Udviklingen åbner døren til generation af en familie af nye 3D-printbare funktionelle materialer. Undersøgelsen er offentliggjort i Avancerede funktionelle materialer .

På mange områder, herunder sundhed, fødevarekvalitetskontrol, miljøovervågning og tekniske applikationer, der er en stigende efterspørgsel efter responsive sensorer, der viser hurtige og enkle ændringer i tilstedeværelsen af ​​specifikke molekyler, og vandsensorer er blandt de mest almindeligt anvendte. "At forstå, hvor meget vand der er til stede i et bestemt miljø eller materiale, er vigtigt, "forklarer DESY -videnskabsmanden Michael Wharmby, medforfatter af papiret og hoved af beamline P02.1, hvor sensormaterialet blev undersøgt med røntgenstråler. "For eksempel, hvis der er for meget vand i olie, det smører måske ikke maskiner godt, og hvis der er for meget vand i brændstoffet, det brænder muligvis ikke ordentligt. "

Den funktionelle del af forskernes nye sensormateriale er en kobberbaseret koordinationspolymer, en forbindelse med et vandmolekyle bundet til et centralt kobberatom. "Ved opvarmning af forbindelsen til 60 grader Celsius, det skifter farve fra blå til lilla, "siger Pilar Amo-Ochoa." Denne ændring kan vendes ved at lade den stå i luften, lægge det i vand, eller lægge det i et opløsningsmiddel med spor af vand i det. "Ved hjælp af højenergirøntgen fra DESYs forskningslyskilde PETRA III på forsøgsstationen P02.1, forskerne observerede, at i prøven opvarmet til 60 grader Celsius, vandmolekylet bundet til kobberatomerne var blevet fjernet. Dette fører til en reversibel strukturel reorganisering af materialet, hvilket er årsagen til farveændringen.

"Efter at have forstået dette, vi var i stand til at modellere fysikken i denne ændring, "forklarer medforfatter José Ignacio Martínez fra Institute for Materials Science i Madrid (ICMM-CSIC). Forskerne kunne derefter blande kobberforbindelsen til et 3D-trykfarve og trykte sensorer i flere forskellige former, som de testede i luft og med opløsningsmidler, der indeholder forskellige mængder vand. Disse test viste, at de trykte genstande er endnu mere følsomme over for tilstedeværelsen af ​​vand end forbindelsen i sig selv, takket være deres porøse natur. I opløsningsmidler, de trykte sensorer kunne allerede registrere 0,3 til 4 procent vand på mindre end to minutter. I luften, de kunne registrere en relativ luftfugtighed på 7 procent.

Hvis det er tørret, enten i et vandfrit opløsningsmiddel eller ved opvarmning, materialet bliver tilbage til lilla. En detaljeret undersøgelse viste, at materialet er stabilt, selv over mange opvarmningscyklusser, og kobberforbindelserne fordeles jævnt i de trykte sensorer. Også, materialet er stabilt i luft i mindst et år og også ved biologisk relevant pH i området fra 5 til 7. "Desuden er moderne 3D-udskrivning er meget alsidig og betyder, at disse enheder kan bruges mange forskellige steder, "understreger medforfatter Shlomo Magdassi fra The Hebrew University of Jerusalem. Han tilføjer, at konceptet også kan bruges til at udvikle andre funktionelle materialer.

"Dette værk viser de første 3D-trykte sammensatte objekter skabt af en ikke-porøs koordineringspolymer, "siger medforfatter Félix Zamora fra det autonome universitet i Madrid." Det åbner døren for brugen af ​​denne store familie af forbindelser, der er lette at syntetisere og udviser interessant magnetisk, ledende og optiske egenskaber, inden for funktionel 3D-udskrivning. "