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科学家开发出可打印的水传感器
来源:赛斯维传感器网 发表于 2020/12/2

在干燥状态下(左;此处为无水液体),传感器材料为紫色;在潮湿状态下(例如,由于空气湿度),传感器材料变为蓝色。此处显示的已打印工件的宽度约为一厘米。图片来源:uam,维罗尼卡加西亚维加斯


新型多功能塑料复合传感器可以检测到极少量的水。由西班牙-以色列科学家团队开发的3d可打印材料便宜,灵活且无毒,并且在潮湿条件下其颜色从紫色变为蓝色。由马德里自治大学(uam)的pilar amo-ochoa领导的研究人员使用desy的x射线光源petra iii来了解材料内部的结构变化,这些结构变化是由水触发并导致观察到的颜色变化。这一发展为新一代的3d可打印功能材料家族打开了大门。该研究发表在《高级功能材料》上。


在许多领域,包括健康,食品质量控制,环境监测和技术应用,对响应传感器的需求不断增长,这些传感器在特定分子的存在下显示出快速,简单的变化,而水传感器是最常用的传感器。“了解特定环境或材料中存在多少水很重要,” desy科学家michael wharmby解释说,该论文的合著者和光束线p02.1的负责人,在那儿用x射线检查了传感器材料。“例如,如果机油中的水过多,则可能无法很好地润滑机器,而如果机油中的水分过多,则可能无法正常燃烧。”


科学家的新型传感器材料的功能部分是铜基配位聚合物,该化合物的水分子与中心铜原子键合。皮拉尔·阿莫·奥乔亚(pilar amo-ochoa)说:“将化合物加热到60摄氏度时,它的颜色从蓝色变成紫色。” “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这种变化。” 科学家使用desy的研究光源petra iii的高能x射线在实验台p02.1处观察到,加热到60摄氏度的样品中,与铜原子结合的水分子已被去除。这导致材料的可逆结构重组,这是颜色变化的原因。


马德里材料科学研究所(icmm-csic)的合著者何塞·伊格纳西奥·马丁内斯(joséignaciomartínez)解释说:“了解了这一点,我们就能对这种变化的物理过程进行建模。” 然后,科学家们能够将铜化合物混合成3d印刷油墨和多种不同形状的传感器,然后在空气中以及含有不同量水的溶剂中进行测试。这些测试表明,由于其多孔性质,打印出的物体比单独的化合物对水的存在更为敏感。在溶剂中,打印的传感器可以在不到两分钟的时间内检测到0.3%到4%的水。在空气中,它们可以检测到7%的相对湿度。


如果将其干燥(在无水溶剂中或通过加热),则材料会变回紫色。详尽的调查表明,即使在许多加热周期中,该材料也是稳定的,并且铜化合物均匀分布在整个打印传感器中。而且,这种材料在空气中至少可以保持一年以上的稳定状态,并且在与生物有关的ph值范围从5到7的情况下都是稳定的。“此外,现代3-d打印的高度通用性意味着这些设备可以在很大的范围内使用。耶路撒冷的希伯来大学合著者shlomo magdassi强调说。他补充说,该概念也可以用于开发其他功能材料。


马德里自治大学的合著者费利克斯·扎莫拉(félixzamora)说:“这项工作显示了由无孔配位聚合物制成的第一个3d打印复合物体。” “这为在功能性3d打印领域中易于合成并表现出令人感兴趣的磁性,导电性和光学性质的这类化合物家族打开了大门。”


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