Un sensore in plastica composita stampato in 3D in grado di rilevare piccole quantità di acqua

Un team di scienziati spagnoli-israeliani guidati da Pilar Amo-Ochoa dell’Università Autonoma di Madrid (UAM) ha sviluppato un versatile sensore in plastica composito stampato 3D in grado di rilevare piccole quantità di acqua. Il materiale stampabile 3D non è tossico e cambia il suo colore da viola a blu in condizioni di bagnato.

“Capire quanta acqua è presente in un determinato ambiente o materiale è importante”, spiega Michael Wharmby, scienziato del DESY. “Per esempio, se c’è troppa acqua nell’olio, potrebbe non lubrificare bene le macchine, e se c’è troppa acqua nel carburante, potrebbe non bruciare correttamente.”

Il nuovo materiale-sensore degli scienziati è un cosiddetto polimero di coordinazione basato sul rame, un composto con una molecola d’acqua legata ad un atomo di rame centrale. Hanno utilizzato la sorgente luminosa Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), PETRA III, per analizzare i cambiamenti del materiale durante il riscaldamento. “Sul riscaldamento del composto a 60 gradi Celsius, cambia colore dal blu al viola”, riferisce Pilar Amo-Ochoa. Il materiale è stato riscaldato a 60 ° C, che ha rimosso la molecola d’acqua legata agli atomi di rame, provocando in ultima analisi il cambiamento di colore. “Questo cambiamento può essere invertito lasciandolo in aria, mettendolo in acqua o mettendolo in un solvente con tracce di acqua in esso”.

“Avendo capito questo, siamo stati in grado di modellare la fisica di questo cambiamento”, spiega José Ignacio Martínez dell’Istituto per la Scienza dei Materiali di Madrid (ICMM-CSIC). Gli scienziati sono stati quindi in grado di miscelare il composto di rame in un inchiostro da stampa 3D e hanno stampato sensori in diverse forme testate in aria e acqua. Questi test hanno dimostrato che gli oggetti stampati in 3D sono ancora più sensibili alla presenza di acqua rispetto al composto stesso. Nei solventi, i sensori stampati potrebbero già rilevare dallo 0,3 al 4% di acqua in meno di due minuti.

Se è essiccato, in un solvente privo di acqua o per riscaldamento, il materiale torna al viola. Un’indagine dettagliata ha dimostrato che il materiale è stabile anche in molti cicli di riscaldamento e che i composti di rame sono distribuiti uniformemente nei sensori stampati. Inoltre, il materiale è stabile nell’aria per almeno un anno e anche in intervalli di pH biologici pertinenti da 5 a 7.

“Questo lavoro mostra i primi oggetti compositi stampati in 3D creati da un polimero di coordinazione non poroso”, afferma il co-autore Félix Zamora dell’Università Autonoma di Madrid. “Apre la porta all’uso di questa vasta famiglia di composti che sono facili da sintetizzare e mostrano proprietà magnetiche, conduttive e ottiche interessanti, nel campo della stampa 3D funzionale.”

Lo sviluppo apre le porte alla generazione di una famiglia di nuovi materiali funzionali stampabili 3D, come scrivono gli scienziati sulla rivista Advanced Functional Materials.

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