Um novo, sensor versátil de composto de plástico pode detectar pequenas quantidades de água. O material para impressão 3-D, desenvolvido por uma equipe de cientistas hispano-israelenses, é barato, flexível e não tóxico e muda sua cor de roxo para azul em condições de chuva. Os pesquisadores, liderado por Pilar Amo-Ochoa da Universidade Autônoma de Madrid (UAM), usou a fonte de luz de raios-X PETRA III do DESY para entender as mudanças estruturais dentro do material que são desencadeadas pela água e levam à mudança de cor observada. O desenvolvimento abre a porta para a geração de uma família de novos materiais funcionais para impressão em 3-D. O estudo é publicado em Materiais Funcionais Avançados .

Em muitos campos, incluindo saúde, controle de qualidade alimentar, monitoramento ambiental e aplicações técnicas, há uma demanda crescente por sensores responsivos que mostram mudanças rápidas e simples na presença de moléculas específicas, e os sensores de água estão entre os mais comumente usados. "Entender quanta água está presente em um determinado ambiente ou material é importante, "explica o cientista do DESY, Michael Wharmby, co-autor do artigo e chefe da linha de luz P02.1 onde o material do sensor foi examinado com raios-X. "Por exemplo, se houver muita água no óleo, pode não lubrificar bem as máquinas, e se houver muita água no combustível, pode não queimar corretamente. "

A parte funcional do novo material do sensor dos cientistas é um polímero de coordenação à base de cobre, um composto com uma molécula de água ligada a um átomo de cobre central. "Ao aquecer o composto a 60 graus Celsius, muda de cor de azul para roxo, "diz Pilar Amo-Ochoa." Esta mudança pode ser revertida, deixando-a no ar, colocando na água, ou colocá-lo em um solvente com vestígios de água. "Usando raios-X de alta energia da fonte de luz de pesquisa do DESY, PETRA III, na estação experimental P02.1, os cientistas observaram que na amostra aquecida a 60 graus Celsius, a molécula de água ligada aos átomos de cobre foi removida. Isso leva a uma reorganização estrutural reversível do material, qual é a causa da mudança de cor.

"Tendo entendido isso, fomos capazes de modelar a física dessa mudança, "explica o coautor José Ignacio Martínez do Instituto de Ciência de Materiais de Madrid (ICMM-CSIC). Os cientistas puderam então misturar o composto de cobre em uma tinta de impressão 3D e sensores impressos em várias formas diferentes que testaram em ar e com solventes contendo diferentes quantidades de água. Esses testes mostraram que os objetos impressos são ainda mais sensíveis à presença de água do que o próprio composto, graças à sua natureza porosa. Em solventes, os sensores impressos já podiam detectar 0,3 a 4 por cento da água em menos de dois minutos. No ar, eles puderam detectar uma umidade relativa de 7 por cento.

Se estiver seco, seja em um solvente livre de água ou por aquecimento, o material volta a ser roxo. Uma investigação detalhada mostrou que o material é estável mesmo ao longo de muitos ciclos de aquecimento, e os compostos de cobre são uniformemente distribuídos pelos sensores impressos. Também, o material é estável no ar por pelo menos um ano e também em intervalos de pH biológicos relevantes de 5 a 7. "Além disso, a natureza altamente versátil da impressão 3-D moderna significa que esses dispositivos podem ser usados ​​em uma grande variedade de lugares diferentes, "enfatiza o co-autor Shlomo Magdassi, da Universidade Hebraica de Jerusalém. Ele acrescenta que o conceito também pode ser usado para desenvolver outros materiais funcionais.

"Este trabalho mostra os primeiros objetos compostos impressos em 3-D criados a partir de um polímero de coordenação não poroso, "diz o co-autor Félix Zamora da Universidade Autônoma de Madrid." Isso abre as portas para o uso desta grande família de compostos que são fáceis de sintetizar e exibem magnetismo interessante, propriedades condutoras e ópticas, no campo da impressão 3-D funcional. "