Un nuevo sensor versátil compuesto de plástico puede detectar pequeñas cantidades de agua. El material imprimible en 3D, desarrollado por un equipo de científicos hispano-israelíes, es barato, flexible y no tóxico y cambia su color de morado a azul en húmedoLos investigadores liderados por Pilar Amo-Ochoa de la Universidad Autónoma de Madrid UAM utilizaron la fuente de luz de rayos X PETRA III de DESY para comprender los cambios estructurales dentro del material que son activados por el agua y conducen al cambio de color observado.el desarrollo abre la puerta a la generación de una familia de nuevos materiales funcionales imprimibles en 3D, como escriben los científicos en la revista Materiales funcionales avanzados .
En muchos campos, desde la salud hasta el control de calidad de los alimentos, el monitoreo ambiental y las aplicaciones técnicas, existe una creciente demanda de sensores sensibles que muestren cambios rápidos y simples en presencia de moléculas específicas. El agua es uno de los químicos más comunes para ser monitoreados"Es importante comprender cuánta agua está presente en un determinado ambiente o material", explica el científico de DESY Michael Wharmby, coautor del artículo y responsable de la línea de luz P02.1 donde se examinó el material sensor con rayos X ".Por ejemplo, si hay demasiada agua en los aceites, es posible que no lubriquen bien las máquinas, mientras que con demasiada agua en el combustible, puede que no se queme correctamente ".
La parte funcional del nuevo material sensor de los científicos es un llamado polímero de coordinación a base de cobre, un compuesto con una molécula de agua unida a un átomo de cobre central ". Al calentar el compuesto a 60 grados Celsius, cambia de colorde azul a púrpura ", informa Pilar Amo-Ochoa." Este cambio puede revertirse dejándolo en el aire, poniéndolo en agua o poniéndolo en un solvente con pequeñas cantidades de agua ". Usando X- de alta energíarayos de la fuente de luz de investigación de DESY PETRA III en la estación experimental P02.1, los científicos pudieron ver que en la muestra calentada a 60 grados centígrados, la molécula de agua unida a los átomos de cobre se había eliminado. Esto conduce a una estructura estructural reversiblereorganización del material, que es la causa del cambio de color.
"Habiendo entendido esto, pudimos modelar la física de este cambio", explica el coautor José Ignacio Martínez del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid ICMM-CSIC. Los científicos pudieron mezclar el compuesto de cobreen una tinta de impresión 3D y sensores impresos en varias formas diferentes que probaron en el aire y con solventes que contenían diferentes cantidades de agua. Estas pruebas mostraron que los objetos impresos son aún más sensibles a la presencia de agua que el compuesto en sí, gracias asu naturaleza porosa. En los solventes, los sensores impresos ya podían detectar 0.3 a 4 por ciento de agua en menos de dos minutos. En el aire, podían detectar una humedad relativa del 7 por ciento.
Si se seca, ya sea en un solvente libre de agua o por calentamiento, el material vuelve a ser púrpura. Una investigación detallada mostró que el material es estable incluso durante muchos ciclos de calentamiento, y los compuestos de cobre se distribuyen uniformemente a través de los sensores impresosAdemás, el material es estable en el aire durante al menos un año y también en rangos de pH biológicamente relevantes de 5 a 7. "Además, la naturaleza altamente versátil de la impresión 3D moderna significa que estos dispositivos podrían usarse en una amplia gama de diferenteslugares ", enfatiza el coautor Shlomo Magdassi de la Universidad Hebrea de Jerusalén. Agrega que el concepto podría usarse también para desarrollar otros materiales funcionales.
"Este trabajo muestra los primeros objetos compuestos impresos en 3D creados a partir de un polímero de coordinación no poroso", dice el coautor Félix Zamora de la Universidad Autónoma de Madrid. "Abre la puerta al uso de esta gran familia de compuestos queson fáciles de sintetizar y exhiben interesantes propiedades magnéticas, conductoras y ópticas, en el campo de la impresión 3D funcional ".
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Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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