Un nouveau, Un capteur composite en plastique polyvalent peut détecter de minuscules quantités d'eau. Le matériau imprimable en 3D, développé par une équipe de scientifiques hispano-israéliens, Est bon marché, flexible et non toxique et change de couleur du violet au bleu dans des conditions humides. Les chercheurs, dirigé par Pilar Amo-Ochoa de l'Université autonome de Madrid (UAM), utilisé la source de lumière à rayons X PETRA III de DESY pour comprendre les changements structurels au sein du matériau qui sont déclenchés par l'eau et conduisent au changement de couleur observé. Le développement ouvre la porte à la génération d'une famille de nouveaux matériaux fonctionnels imprimables en 3D. L'étude est publiée dans Matériaux fonctionnels avancés .

Dans de nombreux domaines, y compris la santé, contrôle de la qualité des aliments, surveillance environnementale et applications techniques, il existe une demande croissante de capteurs réactifs qui montrent des changements rapides et simples en présence de molécules spécifiques, et les capteurs d'eau sont parmi les plus couramment utilisés. « Il est important de comprendre la quantité d'eau présente dans un certain environnement ou matériau, " explique Michael Warmby, scientifique de DESY, co-auteur de l'article et responsable de la ligne de lumière P02.1 où le matériau du capteur a été examiné aux rayons X. "Par exemple, s'il y a trop d'eau dans l'huile, il peut ne pas bien lubrifier les machines, et s'il y a trop d'eau dans le carburant, il peut ne pas brûler correctement."

La partie fonctionnelle du nouveau matériau de capteur des scientifiques est un polymère de coordination à base de cuivre, un composé avec une molécule d'eau liée à un atome de cuivre central. "En chauffant le composé à 60 degrés Celsius, il change de couleur du bleu au violet, " dit Pilar Amo-Ochoa. " Ce changement peut être inversé en le laissant dans l'air, le mettre dans l'eau, ou en le mettant dans un solvant contenant des traces d'eau. les scientifiques ont observé que dans l'échantillon chauffé à 60 degrés Celsius, la molécule d'eau liée aux atomes de cuivre avait été retirée. Cela conduit à une réorganisation structurelle réversible du matériau, qui est la cause du changement de couleur.

« Ayant compris cela, nous avons pu modéliser la physique de ce changement, " explique le co-auteur José Ignacio Martínez de l'Institut des sciences des matériaux de Madrid (ICMM-CSIC). Les scientifiques ont ensuite pu mélanger le composé de cuivre dans une encre d'impression 3D et des capteurs imprimés sous plusieurs formes différentes qu'ils ont testés dans air et avec des solvants contenant différentes quantités d'eau.Ces tests ont montré que les objets imprimés sont encore plus sensibles à la présence d'eau que le composé lui-même, grâce à leur nature poreuse. Dans les solvants, les capteurs imprimés pouvaient déjà détecter 0,3 à 4 % d'eau en moins de deux minutes. Dans les airs, ils pouvaient détecter une humidité relative de 7 pour cent.

S'il est séché, soit dans un solvant exempt d'eau, soit par chauffage, la matière redevient violette. Une enquête détaillée a montré que le matériau est stable même sur de nombreux cycles de chauffage, et les composés de cuivre sont uniformément répartis dans les capteurs imprimés. Aussi, le matériau est stable à l'air pendant au moins un an et également à des plages de pH biologiquement pertinentes de 5 à 7. "En outre, la nature très polyvalente de l'impression 3D moderne signifie que ces appareils pourraient être utilisés dans une vaste gamme d'endroits différents, " souligne le co-auteur Shlomo Magdassi de l'Université hébraïque de Jérusalem. Il ajoute que le concept pourrait également être utilisé pour développer d'autres matériaux fonctionnels.

"Ce travail montre les premiers objets composites imprimés en 3D créés à partir d'un polymère de coordination non poreux, " explique le co-auteur Félix Zamora de l'Université autonome de Madrid. " Cela ouvre la porte à l'utilisation de cette grande famille de composés faciles à synthétiser et présentant des propriétés magnétiques intéressantes, propriétés conductrices et optiques, dans le domaine de l'impression 3D fonctionnelle."