新型復合材料可印刷水傳感器

新型3D打印水傳感器為一系列功能材料打開了大門?？茖W家開發(fā)出一種新的復合材料，可用于3D打印可以檢測微量水的水傳感器。研究人員說，這項工作為制造一系列新設備和物體的新型3D打印功能材料鋪平了道路。馬德里自治大學(UAM)的工程師領導的團隊開發(fā)了靈活無毒的材料，部分由所謂的銅基配位聚合物組成 - 一種含有水分子與中心銅原子結合的化合物。然后，他們利用粒子物理學來了解材料的性質(zhì)，以使用聚合物來制造印刷油墨以開發(fā)傳感器。

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UAM的科學學院教授Pilar Amo-Ochoa解釋說，研究人員將銅化合物混合成3D打印墨水并以多種不同形狀印刷傳感器。然后，他們在空氣中和含有不同量水的溶劑中對它們進行了測試，結果表明，由于它們的多孔性，印刷品對水的存在比對化合物本身更敏感，她說。

“將化合物加熱到60攝氏度時，顏色從藍色變?yōu)樽仙?rdquo;Amo-Ochoa解釋道。“這種變化可以通過將其置于空氣中，將其置于水中，或?qū)⑵渲糜诤形⒘克娜軇┲衼砟孓D(zhuǎn)。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，在溶劑中，印刷傳感器可以在不到兩分鐘的時間內(nèi)檢測到0.3%至4%的水。在空氣中，他們可以檢測到相對濕度為7%。

如果材料在無水溶劑中或通過加熱干燥 - 材料變回紫色。研究人員說，這種材料在很多加熱循環(huán)中也表現(xiàn)出穩(wěn)定性，銅化合物均勻分布在整個印刷傳感器中。此外，他們說，這種材料在空氣中至少在一年內(nèi)是穩(wěn)定的，并且在生物相關的pH范圍內(nèi)也是5到7。

研究人員在Deutsches Elektronen-Synchrotron(DESY)進行了一些工作，這是一家德國研究機構，負責運行用于研究物質(zhì)結構的粒子加速器。來自耶路撒冷希伯來大學，新加坡南洋理工大學和馬德里材料科學研究所的科學家也為這項研究做出了貢獻。

該團隊使用來自DESY研究光源PETRA III的高能X射線觀察到，在加熱到60攝氏度的樣品材料中，已經(jīng)去除了與銅原子結合的水分子。Amo-Ochoa說，這導致材料的可逆結構重組，這是用于檢測傳感器中水的顏色變化的原因。該團隊在“高級功能材料”雜志上發(fā)表了一篇關于他們工作的論文。

可以使用打印機制造的電子產(chǎn)品是制造新型和柔性組件和設備的下一波浪潮 - 與過去相比，更快，更少的材料浪費。

特別是傳感器在許多領域都很有用 - 從健康到食品質(zhì)量控制，以及環(huán)境監(jiān)測和技術應用。研究人員表示，這些領域?qū)憫獋鞲衅鞯男枨蟛粩嘣鲩L，這些傳感器在特定分子存在的情況下顯示出快速而簡單的變化，水是最常見的監(jiān)測元素之一。

“了解某種環(huán)境或材料中存在多少水是很重要的，”DESY科學家Michael Wharmby解釋說。“例如，如果油中的水太多，它們可能無法很好地潤滑機器，而燃油中的水太多，可能無法正常燃燒。”

Amo-Ochoa團隊的研究人員之一FélixZamor表示，隨著近期工作的成功，研究人員現(xiàn)在已經(jīng)展示了由無孔配位聚合物制成的第一個3D打印復合材料。他說，這為使用這一系列化合物打開了大門，這些化合物易于合成，并在功能性3D打印領域顯示出相關的磁性，導電性和光學性質(zhì)。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20多年的技術和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。