Разработан печатный датчик воды

Москва, 12:38, 05 Мар 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Испано-израильская команда ученых создала датчик из пластикового композита, выявляющего мельчайшие количества воды. Устройство печатается на 3D-принтере, изготавливается из дешевых, нетоксичных материалов и меняет цвет с сиреневого на синий во влажных условиях.

Исследование было проведено под руководством Марии Пилар Амо-Очоа из Автономного университета Мадрида, сообщает sciencedaily.com. Команда использовала рентгеновское оборудование PETRA III Немецкого синхротронного центра (НСЦ), чтобы понять структурные изменения, вызываемые водой и приводящие к изменению цвета материала. Результаты открыли путь к новой группе напечатанных функциональных структур. Ученые представили свои выводы в Advanced Functional Materials.

«Понимание того, сколько воды присутствует в среде или материале, необходимо для ряда сфер, — объяснил Майкл Уэрмби из НСЦ. – Так, если ее слишком много в масле или топливе – падает эффективность продуктов».

Функциональной частью датчика является медный координационный полимер. Водная молекула в нем соединена с центральным металлическим атомом.

«При нагреве до 60° материал из синего становится пурпурным, — сказала Пилар Амо-Очоа. – Изменение обратимо – структуру надо оставить на воздухе, погрузить в воду или растворитель с ее следовым количеством».

Рентген показал, что повышение температуры ведет к отсоединению воды от меди. Это провоцировало обратимую структурную реорганизацию, сопровождаемую изменением цвета.

«Поняв это, мы смогли смоделировать физику процесса», — сказал Хосе Игнасио Мартинес, соавтор работы из Института материаловедения в Мадриде.

Ученые создали медные чернила для 3D-принтера и напечатали датчики разной формы. Их протестировали на воздухе с растворителями, отличающимися по концентрации воды. Опыты показали, что напечатанные объекты чувствительнее к H₂O, чем композит, за счет пористой структуры. В растворители датчик выявлял 0,3-4% воды менее чем за 2 минуты. В воздухе он реагировал на влажность 7%.

Изделие выдерживает множество циклов использования. Медь равномерно распределяется по напечатанной структуре. Материал сохраняет стабильность на воздухе минимум 1 год и имеет рН в диапазоне 5-7.

«Разнообразие настроек современных 3D-принтеров позволяет использовать сенсоры в разных сферах», — отметил соавтор работы, Шломо Магдасси из Еврейского университета в Иерусалиме, добавив, что метод подходит для создания других функциональных материалов.