超快全色比色濕度傳感器原理圖和原理。

原產(chǎn)于南美洲的大力神甲蟲具有一個(gè)迷人的特點(diǎn)，即根據(jù)外部濕度條件改變其外殼顏色。這是因?yàn)榧紫x殼的內(nèi)部由帶有方孔的多孔格子結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)特定波長(zhǎng)的光照射到外殼上時(shí)，它會(huì)反射它們并顯示不同的顏色；這些波長(zhǎng)會(huì)根據(jù)濕度而變化。近期，有人提出了一種像這種甲蟲一樣根據(jù)濕度改變顏色的傳感器，其速度比傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器快 10,000 倍。

由 Junsuk Rho 教授（化學(xué)工程系和機(jī)械工程系）和博士領(lǐng)導(dǎo)的 POSTECH 研究團(tuán)隊(duì)。候選人 Chunghwan Jung 和 Jaehyuck Jang（化學(xué)工程系），與 Sung-Hoon Hong 和 Soo-Jung Kim 博士（電子和電信研究所，ETRI）和 Young Min Song 教授（光州科學(xué)技術(shù)研究所，GIST）合作)，開發(fā)了一種超快的濕度響應(yīng)比色傳感器。該研究的結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

使用光的傳感器已經(jīng)在我們的日常生活中用于心電圖和空氣質(zhì)量測(cè)量。這些傳感器使用光來檢測(cè)周圍環(huán)境的變化并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

研究小組制造了一種比色傳感器，該傳感器由金屬-水凝膠-金屬結(jié)構(gòu)組成，使用無序金屬納米顆粒層（殼聚糖水凝膠）和反射基板。當(dāng)外界濕度變化時(shí)，由于殼聚糖水凝膠在潮濕狀態(tài)下膨脹，在干燥狀態(tài)下反復(fù)收縮的特性，傳感器的諧振頻率也會(huì)發(fā)生變化。

這種新型傳感器擁有超快的速度，比傳統(tǒng)的基于法布里-珀羅干涉儀的光學(xué)傳感器快 10,000 倍。這種快速的反應(yīng)速度要?dú)w功于構(gòu)成傳感器的納米顆粒之間的多孔空間，就像甲蟲的外殼會(huì)根據(jù)濕度改變顏色。

“這種新的濕度傳感器的特殊之處在于，即使使用了納米材料和納米結(jié)構(gòu)，它也可以以低成本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可擴(kuò)展性，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的 Rho 教授解釋說�！皩�對(duì)濕度敏感的彩色像素引入穩(wěn)定代碼中，可以應(yīng)用于對(duì)濕度敏感的電子設(shè)備、鈔票、護(hù)照和身份證的穩(wěn)定標(biāo)簽�！�