In Gegenwart kleiner Mengen Wasser ändert ein kupferhaltiger Stoff auf Polymerbasis seine Farbe. Das Material beschreiben die Entwickler als günstig, flexibel und ungiftig – und es soll Zugang verschaffen zu einer neuen Familie 3D-druckbarer funktionaler Materialien.
Im Bereich der Gesundheit, der Lebensmittelsicherheit und des Umweltschutzes gibt es einen steigenden Bedarf an Sensoren, die auf schnelle und einfache Weise gezielt bestimmte Stoffe nachweisen. Wasser gehört dabei zu den am häufigsten überwachten chemischen Verbindungen.
Der funktionale Teil des neuen Sensormaterials ist ein so genanntes Koordinationspolymer auf Kupferbasis, eine organische Verbindung mit einem Wassermolekül, das an ein zentrales Kupferatomgebunden ist. Wenn man die Verbindung auf 60 °C erhitzt, ändert sie ihre Farbe. Die Änderung lässt sich auch wieder rückgängig machen.
Die durch Wasser ausgelösten Strukturänderungen in dem Material haben die beteiligten Wissenschaftler unter Leitung von Pilar Amo-Ocha von der Autonomen Universität Madrid (UAM) mit Hilfe der Desy-Röntgenlichtquelle Petra III untersucht. Das Fehlen der Wassermoleküle, die zuvor an die Kupferatome gebunden waren, führt zu einer strukturellen Neuorganisation des Materials und damit zu der Farbänderung.
Mit diesem Wissen ließ sich die Kupferverbindung mit einem 3D-Druckmaterial mischen, um daraus Sensoren in verschiedenen Formen zu drucken – die gedruckt sogar noch empfindlicher auf Wasser reagieren als das kupferbasierte Polymermaterial allein. In Flüssigkeiten schlug der Sensor binnen 2 min bei einem Wasseranteil von 0,3 bis 4 % an und reagierte noch auf eine relative Luftfeuchtigkeit von 7 %.
Neben der UAM waren die Hebräische Universität Jerusalem, die Technische Universität Nanyang in Singapur, das Institut für Werkstoffwissenschaften in Madrid und das Beschleunigerzentrum Desy an der Studie beteiligt.
