科学家开发出能够检测水分变化的3D打印塑料复合传感器

近日，由马德里自治大学（UAM）的Pilar Amo Ochoa领导的西班牙 、以色列科学家团队开发了一种多功能3D打印塑料复合传感器，能够检测微量水。 3D可打印材料无毒，在潮湿条件下颜色从紫色变为蓝色。

 

“了解特定环境或材料中存在多少水是很重要的。”DESY科学家Michael Wharmby解释说。 “例如，如果油中含有过多的水，则可能无法很好地润滑机器，如果燃油中含有过多的水，则可能无法正常燃烧。”

科学家的新型传感器材料是一种所谓的铜基配位聚合物，一种水分子与中心铜原子结合的化合物。他们使用Deutsches Elektronen Synchrotron（DESY）光源PETRA III来分析加热时材料的变化。 “将化合物加热到60摄氏度时，颜色从蓝色变为紫色。”Pilar Amo Ochoa报道。将材料加热至60℃，除去与铜原子结合的水分子，最终引起颜色变化。 “这种变化可以通过将其置于空气中，将其置于水中，或将其置于含有微量水的溶剂中来逆转。”

“在理解了这一点之后，我们能够对这种变化的物理模型进行建模。”马德里材料科学研究所（ICMM-CSIC）的JoseIgnacio Martinez解释道。然后科学家们将铜化合物混合成3D打印墨水，并在几种不同的形状下印刷传感器，这些传感器在空气和水中进行测试。这些测试表明，3D打印物体对水的存在比对化合物本身更敏感。在溶剂中，印刷传感器可在不到两分钟的时间内检测到0.3％至4％的水。

如果在无水溶剂中干燥或通过加热干燥，则材料变回紫色。详细的调查表明，即使在许多加热循环中材料也是稳定的，并且铜化合物均匀地分布在整个印刷传感器中。此外，该材料在空气中在至少一年内是稳定的，并且在生物相关的pH范围内也是5至7。

“这项工作展示了第一个由无孔配位聚合物制成的3D打印复合材料，”共同作者马德里自治大学的Felix Zamora说。 “在功能性3D打印领域，它打开了使用这一大系列化合物的大门，这些化合物易于合成并具有有趣的磁性，导电性和光学性质。”

正如科学家在“高级功能材料”杂志上所写的那样，这一发展为新一代3D打印功能材料的产生打开了大门。