Schematiskt diagram och principen bakom ultrasnabb fullfärgs kolorimetrisk fuktighetssensor. Kredit:POSTECH
Herculesbaggen som är infödd i Sydamerika har ett fascinerande drag av att ändra sina skalfärger beroende på de yttre luftfuktighetsförhållandena. Det beror på att insidan av skalbaggens skal består av porös gallerstruktur med fyrkantiga hål. När ljus med speciella våglängder träffar skalet reflekterar det dem och visar olika färger; och dessa våglängder ändras beroende på luftfuktigheten. Nyligen har en sensor som ändrar färg beroende på luftfuktigheten som denna skalbagge med 10 000 gånger snabbare hastighet än de konventionella optiska sensorerna föreslagits.
En POSTECH forskargrupp ledd av professor Junsuk Rho (Institutionen för kemiteknik och Institutionen för maskinteknik) och Ph.D. kandidaterna Chunghwan Jung och Jaehyuck Jang (Institutionen för kemiteknik), i samarbete med Sung-Hoon Hong och Dr. Soo-Jung Kim (Electronics and Telecommunications Research Institute, ETRI) och professor Young Min Song (Gwangju Institute of Science and Technology, GIST ), har utvecklat en ultrasnabb luftfuktighetskänslig kolorimetrisk sensor. Resultaten från studien publicerades i Science Advances .
Sensorer som använder ljus används redan i vårt dagliga liv, för elektrokardiogram och luftkvalitetsmätning. Dessa sensorer använder ljus för att upptäcka förändringar i sin omgivning och omvandla dem till digitala signaler.
Forskargruppen tillverkade en kolorimetrisk sensor som består av metall-hydrogel-metallstruktur med hjälp av ett oordnat metallnanopartikellager - en kitosanhydrogel - och ett reflekterande substrat. När den yttre fuktigheten ändras ändras sensorns resonansfrekvens på grund av egenskaperna hos kitosanhydrogelen som sväller under vått tillstånd och drar ihop sig under torrt tillstånd upprepade gånger.
Denna nya sensor har en ultrasnabb hastighet som är 10 000 gånger snabbare än de konventionella Fabry-Perot interferometerbaserade optiska sensorerna. Denna snabba reaktionshastighet är tack vare det porösa utrymmet mellan nanopartiklarna som utgör sensorn, ungefär som skalbaggens skal som ändrar färg beroende på luftfuktigheten.
"Denna nya fuktighetssensor är speciell genom att den tillåter skalbarhet av produktionen till låg kostnad trots att nanomaterial och nanostrukturer användes", förklarade professor Rho som ledde studien. "Att introducera de fuktkänsliga färgpixlarna i säkerhetskoder möjliggör tillämpning mot säkerhetsetiketter för fuktkänsliga elektroniska enheter, sedlar, pass och ID-kort." + Utforska vidare
