在干燥狀態(tài)下（左；此處為無水液體），傳感器材料為紫色；在潮濕狀態(tài)下（例如，由于空氣濕度），傳感器材料變?yōu)樗{色。此處顯示的已打印工件的寬度約為一厘米。圖片來源：UAM，維羅尼卡加西亞維加斯

新型多功能塑料復合傳感器可以檢測到極少量的水。由西班牙-以色列科學家團隊開發(fā)的3D可打印材料便宜，靈活且無毒，并且在潮濕條件下其顏色從紫色變?yōu)樗{色。由馬德里自治大學（UAM）的Pilar Amo-Ochoa領導的研究人員使用DESY的X射線光源PETRA III來了解材料內(nèi)部的結構變化，這些結構變化是由水觸發(fā)并導致觀察到的顏色變化。這一發(fā)展為新一代的3D可打印功能材料家族打開了大門。該研究發(fā)表在《高級功能材料》上。

在許多領域，包括健康，食品質(zhì)量控制，環(huán)境監(jiān)測和技術應用，對響應傳感器的需求不斷增長，這些傳感器在特定分子的存在下顯示出快速，簡單的變化，而水傳感器是最常用的傳感器�！傲私馓囟ōh(huán)境或材料中存在多少水很重要，” DESY科學家Michael Wharmby解釋說，該論文的合著者和光束線P02.1的負責人，在那兒用X射線檢查了傳感器材料。“例如，如果機油中的水過多，則可能無法很好地潤滑機器，而如果機油中的水分過多，則可能無法正常燃燒�！�

科學家的新型傳感器材料的功能部分是銅基配位聚合物，該化合物的水分子與中心銅原子鍵合。皮拉爾·阿莫·奧喬亞（Pilar Amo-Ochoa）說：“將化合物加熱到60攝氏度時，它的顏色從藍色變成紫色。” “可以通過將其置于空氣中，將其置于水中或?qū)⑵渲糜诤�有微量水的溶劑中來逆轉這種變化�！� 科學家使用DESY的研究光源PETRA III的高能X射線在實驗臺P02.1處觀察到，加熱到60攝氏度的樣品中，與銅原子結合的水分子已被去除。這導致材料的可逆結構重組，這是顏色變化的原因。

馬德里材料科學研究所（ICMM-CSIC）的合著者何塞·伊格納西奧·馬丁內(nèi)斯（JoséIgnacioMartínez）解釋說：“了解了這一點，我們就能對這種變化的物理過程進行建模�！� 然后，科學家們能夠?qū)�銅化合物混合成3D印刷油墨和多種不同形狀的傳感器，然后在空氣中以及含有不同量水的溶劑中進行測試。這些測試表明，由于其多孔性質(zhì)，打印出的物體比單獨的化合物對水的存在更為敏感。在溶劑中，打印的傳感器可以在不到兩分鐘的時間內(nèi)檢測到0.3％到4％的水。在空氣中，它們可以檢測到7％的相對濕度。

如果將其干燥（在無水溶劑中或通過加熱），則材料會變回紫色。詳盡的調(diào)查表明，即使在許多加熱周期中，該材料也是穩(wěn)定的，并且銅化合物均勻分布在整個打印傳感器中。而且，這種材料在空氣中至少可以保持一年以上的穩(wěn)定狀態(tài)，并且在與生物有關的pH值范圍從5到7的情況下都是穩(wěn)定的。“此外，現(xiàn)代3-D打印的高度通用性意味著這些設備可以在很大的范圍內(nèi)使用。耶路撒冷的希伯來大學合著者Shlomo Magdassi強調(diào)說。他補充說，該概念也可以用于開發(fā)其他功能材料。

馬德里自治大學的合著者費利克斯·扎莫拉（FélixZamora）說：“這項工作顯示了由無孔配位聚合物制成的第一個3D打印復合物體�！� “這為在功能性3D打印領域中易于合成并表現(xiàn)出令人感興趣的磁性，導電性和光學性質(zhì)的這類化合物家族打開了大門�！�