新型3D打印水传感器为一系列功能材料打开了大门。科学家开发出一种新的复合材料,可用于3D打印可以检测微量水的水传感器。研究人员说,这项工作为制造一系列新设备和物体的新型3D打印功能材料铺平了道路。马德里自治大学(UAM)的工程师领导的团队开发了灵活无毒的材料,部分由所谓的铜基配位聚合物组成 - 一种含有水分子与中心铜原子结合的化合物。然后,他们利用粒子物理学来了解材料的性质,以使用聚合物来制造印刷油墨以开发传感器。成千上万的新英格兰工程师和拥有购买力的高管将来到新英格兰设计与制造公司,这是该地区最先进的制造业展览会。他们的第一目标:寻找供应商。为了吸引他们,数百家公司将参加展会。如果您现在预订展位,可以加入他们。

UAM的科学学院教授Pilar Amo-Ochoa解释说,研究人员将铜化合物混合成3D打印墨水并以多种不同形状印刷传感器。然后,他们在空气中和含有不同量水的溶剂中对它们进行了测试,结果表明,由于它们的多孔性,印刷品对水的存在比对化合物本身更敏感,她说。

“将化合物加热到60摄氏度时,颜色从蓝色变为紫色,”Amo-Ochoa解释道。“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。”

研究人员发现,在溶剂中,印刷传感器可以在不到两分钟的时间内检测到0.3%至4%的水。在空气中,他们可以检测到相对湿度为7%。

如果材料在无水溶剂中或通过加热干燥 - 材料变回紫色。研究人员说,这种材料在很多加热循环中也表现出稳定性,铜化合物均匀分布在整个印刷传感器中。此外,他们说,这种材料在空气中至少在一年内是稳定的,并且在生物相关的pH范围内也是5到7。

研究人员在Deutsches Elektronen-Synchrotron(DESY)进行了一些工作,这是一家德国研究机构,负责运行用于研究物质结构的粒子加速器。来自耶路撒冷希伯来大学,新加坡南洋理工大学和马德里材料科学研究所的科学家也为这项研究做出了贡献。

该团队使用来自DESY研究光源PETRA III的高能X射线观察到,在加热到60摄氏度的样品材料中,已经去除了与铜原子结合的水分子。Amo-Ochoa说,这导致材料的可逆结构重组,这是用于检测传感器中水的颜色变化的原因。该团队在“高级功能材料”杂志上发表了一篇关于他们工作的论文。

可以使用打印机制造的电子产品是制造新型和柔性组件和设备的下一波浪潮 - 与过去相比,更快,更少的材料浪费。

特别是传感器在许多领域都很有用 - 从健康到食品质量控制,以及环境监测和技术应用。研究人员表示,这些领域对响应传感器的需求不断增长,这些传感器在特定分子存在的情况下显示出快速而简单的变化,水是最常见的监测元素之一。

“了解某种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,如果油中的水太多,它们可能无法很好地润滑机器,而燃油中的水太多,可能无法正常燃烧。”

Amo-Ochoa团队的研究人员之一FélixZamor表示,随着近期工作的成功,研究人员现在已经展示了由无孔配位聚合物制成的第一个3D打印复合材料。他说,这为使用这一系列化合物打开了大门,这些化合物易于合成,并在功能性3D打印领域显示出相关的磁性,导电性和光学性质。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人,撰写了20多年的技术和文化。她曾在凤凰城,旧金山和纽约市作为专业记者生活和工作。在空闲时间,她喜欢冲浪,旅游,音乐,瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。