科学家开发出3D可印刷的水传感器

　　全新的多功能塑料复合传感器可以检测到微量的水。由西班牙-以色列科学家团队开发的三维可印刷材料便宜、灵活且无毒，在潮湿条件下颜色可从紫色变为蓝色。

　　马德里自治大学（UAM）研究人员使用DESY的X射线光源PETRAIII来了解材料中由水引发的结构变化并导致观察到的颜色变化。正如科学家们在“高级功能材料”（早期在线观点）杂志上所写的那样，这一发展为新一代3D可印刷功能材料的产生打开了大门。

当干燥时，例如在无水溶剂中，传感器材料变为紫色

　　在许多领域，从健康到食品质量控制、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和简单的变化。水是最常见的化学品之一，“了解特定环境或材料中存在多少水是很重要的，”DESY科学家MichaelWharmby解释说，他是该论文的共同作者和光束线P02.1的负责人，“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。”

　　科学家的新传感器材料的部分功能是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。PilarAmo-Ochoa报告说：“将化合物加热到60摄氏度时，颜色会从蓝色变为紫色。这种变化可以通过将其置于空气中、水中，或将其置于含有微量水的溶剂中来逆转。”在实验站使用来自DESY研究光源PETRAIII的高能X射线P02.1，科学家们能够看到，在加热到60摄氏度的样品中，已经除去了与铜原子结合的水分子。这导致材料的可逆结构重组，这就是颜色变化的原因。

传感器材料可以以各种形式印刷。所示的工件每个宽约1厘米。在存在水的情况下，例如从空气湿度，它变成蓝色

　　“在理解了这一点后，我们能够对这种变化的物理模型进行建模，”研究人员解释道。科学家们将铜化合物混合成3D打印油墨，并印刷出几种不同形状的传感器，这些传感器在空气中和含有不同量的水溶剂进行测试。这些测试表明，由于它们的多孔性，印刷物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。在空气中，他们可以检测到相对湿度为7％。

　　如果无水溶剂本身干燥或通过加热使它干燥，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，该材料在空气中至少在一年内是稳定的，并且在生物相关pH范围为5至7。“此外，现代3D打印的传感器的高度通用性意味着这些设备可用于各种不同的地方。

　　研究人员补充说，这个概念也可用于开发其他功能材料。“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，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。”