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。