Optisk sensor med ultrahurtig fugtighedsregistrering i realtid

Hercules billen, der er hjemmehørende i Sydamerika, har et fascinerende træk ved at ændre dens skalfarver afhængigt af de ydre fugtighedsforhold. Det skyldes, at indersiden af ​​billens skal består af porøs gitterstruktur med firkantede huller. Når lys af bestemte bølgelængder rammer skallen, reflekterer det dem og viser forskellige farver; og disse bølgelængder ændrer sig afhængigt af fugtigheden. For nylig er der blevet foreslået en sensor, der skifter farver afhængigt af fugtigheden som denne bille med 10.000 gange hurtigere hastighed end de konventionelle optiske sensorer.

Et POSTECH-forskerhold ledet af professor Junsuk Rho (Institut for Kemiteknik og Institut for Maskinteknik) og Ph.D. kandidater Chunghwan Jung og Jaehyuck Jang (Institut for Kemiteknik), i samarbejde med Sung-Hoon Hong og Dr. Soo-Jung Kim (Electronics and Telecommunications Research Institute, ETRI) og professor Young Min Song (Gwangju Institute of Science and Technology, GIST ), har udviklet en ultrahurtig luftfugtighedsfølsom kolorimetrisk sensor. Resultaterne fra undersøgelsen blev offentliggjort i Science Advances .

Sensorer, der bruger lys, bliver allerede brugt i vores daglige liv til elektrokardiogram og luftkvalitetsmåling. Disse sensorer bruger lys til at registrere ændringer i deres omgivelser og konvertere dem til digitale signaler.

Forskerholdet fremstillede en kolorimetrisk sensor, der består af metal-hydrogel-metalstruktur ved hjælp af et uordnet metal nanopartikellag - en chitosanhydrogel - og et reflekterende substrat. Når den eksterne fugtighed ændres, ændres sensorens resonansfrekvens på grund af chitosanhydrogelens karakteristika, der svulmer under våd tilstand og trækker sig sammen under tør tilstand gentagne gange.

Denne nye sensor kan prale af en ultrahurtig hastighed, der er 10.000 gange hurtigere end de konventionelle Fabry-Perot interferometerbaserede optiske sensorer. Denne hurtige reaktionshastighed er takket være det porøse mellemrum mellem nanopartiklerne, der udgør sensoren, ligesom skallen på billen, der skifter farver afhængigt af fugtigheden.

"Denne nye fugtighedssensor er speciel ved, at den tillader skalerbarhed af produktion til lave omkostninger, selvom nanomaterialer og nanostrukturer blev brugt," forklarede professor Rho, der ledede undersøgelsen. "Introduktion af de fugtfølsomme farvepixels i sikkerhedskoder muliggør anvendelse mod sikkerhedsmærker til fugtfølsomme elektroniske enheder, pengesedler, pas og ID-kort." + Udforsk yderligere

Smarte vinduer, der selvlyser på regnfulde dage