Датчики - это чувства машин - потому что только датчики дают им возможность видеть, чувствовать или измерять. Спрос на датчики, соответственно, высок во многих промышленных применениях, а также в таких областях, как здравоохранение, безопасность пищевых продуктов и защита окружающей среды. Одной из областей применения является обнаружение определенных веществ, таких как вода. В настоящее время команда исследователей разработала датчики, которые можно быстро и легко распечатать.
Датчик реагирует на воду с изменением цвета
Испано-израильская исследовательская группа, в которой был задействован исследовательский центр Немецкого электронного синхротона (Desy) при Обществе Гельмгольца, разработала материал для печати, который можно использовать в качестве универсального и надежного детектора воды. Ткань на полимерной основе дешевая, эластичная и нетоксичная. Если ткань касается воды, она меняет цвет с фиолетового на синий.
Картинная галерея
«Может быть очень важно знать, сколько воды находится в конкретной среде или в веществе», - сказал исследователь Desy Майкл Уармби, соавтор публикации. «Например, если масло содержит слишком много воды, оно может плохо смазывать машины, а если содержание воды слишком высокое, топливо не будет гореть должным образом».
Функциональной частью нового сенсорного материала является так называемый координационный полимер на основе меди, органическое соединение с молекулой воды, которая связана с центральным атомом меди. «Когда соединение нагревается до 60 ° C, оно меняет свой цвет с синего на фиолетовый», - сообщает Пилар Амо-Оча из Автономного университета Мадрида и руководитель исследовательской группы. «Это изменение можно отменить, оставив материал на открытом воздухе, погрузив его в воду или поместив в жидкость со следами воды».
датчик
Как работают датчики и где они используются
Датчики в различных формах от 3D принтера
С помощью высокоэнергетического рентгеновского излучения от исследовательского источника света Дези «Петра III» команда смогла заметить, что молекулы воды, которые ранее были связаны с атомами меди, отсутствовали в образцах, нагретых до 60 ° С. Это приводит к обратимой структурной перестройке материала, что приводит к изменению цвета.
«Как только мы поняли это, мы смогли смоделировать физику этого изменения», - говорит соавтор Хосе Игнасио Мартинес из Института материаловедения в Мадриде. Затем исследователи смогли смешать состав меди с материалом для 3D-принтера и напечатать из него датчики в различных формах. Они проверяют отпечатанные датчики на воздухе и с жидкостями, которые содержат различные пропорции воды. Было показано, что печатные датчики даже более чувствительны к воде, чем один полимерный материал на основе меди. Исследователи связывают это с пористостью печатного материала. В жидкостях датчик с печатью поражался с содержанием воды от 0,3 до 4 процентов в течение двух минут. Он также реагировал на относительную влажность всего 7 процентов.
СОВЕТ КНИГИ Книга «Промышленные датчики» описывает разработку и практическое применение наиболее важных датчиков. Благодаря прикладному анализу ошибок измерительных систем, датчиков и сенсорных систем, каждый из которых дополнен множеством подробных, полностью рассчитанных примеров применения, книга подходит не только для студентов, но и для инженеров и техников из различных дисциплин.
Если материал высушен нагреванием или в безводной жидкости, он снова станет фиолетовым от синего. Испытания показали, что он остается стабильным даже в течение многих циклов нагрева и что полимеры на основе меди равномерно распределяются в печатных датчиках. В воздухе материал остается стабильным в течение как минимум одного года, так же как и биологически значимые значения pH от 5 до 7. «Универсальность современной технологии 3D-печати также означает, что эти датчики можно использовать в самых разных областях», подчеркивает соавтор Шломо Магдасси из Еврейского университета в Иерусалиме. Эта концепция также может быть использована для разработки других таких функциональных материалов.
В исследовании принимали участие Автономный университет Мадрида, Еврейский университет в Иерусалиме, Технический университет Наньянга в Сингапуре, Институт материаловедения в Мадриде и Дези, который доступен здесь в виде оригинальной публикации.