用于实时监控的快速响应比色传感器扩大了色域

色度传感器通过直观地改变颜色来检测环境变化，肉眼很容易看到，不需要额外的设备。此外，它们以零功耗运行。通过在不需要任何额外设备的情况下明显改变颜色，这些传感器有可能在食品包装和古代文物保存等应用中发挥关键作用，在这些应用中，最佳湿度对质量控制至关重要

为了准确检测湿度，比色传感器必须覆盖广泛的颜色，证明颜色和湿度之间的线性相关性，快速响应，并保持长期稳定性。通过结构变化实现着色的传感器通常比基于化学反应的传感器更有利

其中，利用法布里-珀罗共振的金属水凝胶-金属（MHM）结构因其简单性和多样化的颜色生成而脱颖而出，因为水凝胶腔厚度的变化，通常使用壳聚糖等膨胀材料，会导致不同的颜色。然而，传统设计仍然存在颜色表现有限和响应速度慢的问题

为了解决这些问题，韩国釜山国立大学电气与电子工程学院的Gil-Ju Lee副教授领导的一个研究小组开发了一种创新的二维（2D）纳米结构Fano共振比色传感器（nFRCS）

Lee博士解释说：“我们的设计引入了利用Fano共振和等离子体共振的纳米孔阵列，通过控制从减色到加色的反射光谱，显著增强了色域。此外，这些纳米孔通道还增强了响应性。”研究结果发表在Optica杂志上

nFRCS由银-壳聚糖-银的MHM结构组成，具有薄的上层和厚的底层。MHM还具有薄的多孔锗（Pr-Ge）涂层。这种涂层是将MHM从法布里-珀罗谐振器转换为法诺谐振器的关键添加，显著改善了颜色表现

此外，nFRCS将2D纳米孔阵列（NHAs）结合到MHM层中，为周围环境中的水蒸气到达壳聚糖层并与壳聚糖层相互作用建立了直接途径。由于壳聚糖的亲水性，在高湿度条件下，壳聚糖吸收水分子，使其膨胀，在干燥条件下释放水分子，收缩其体积，导致湿度依赖的颜色变化

这些NHA还提高了传感器的响应性，它们的有序模式促进了额外的光物质相互作用，如表面等离子体共振（SPP）和局部表面等离子体共振，进一步提高了性能

研究人员使用卷对板纳米压印光刻技术（NIL）制造了nFRCS传感器，该技术使用类似冲压的方法将纳米级图案转移到MHM层上。与传统昂贵的纳米结构制造技术相比，这种方法节省了时间和成本

在实验中，制造的nFRCS显示了宽色域，超过了标准RGB（sRGB），显示了141%的sRGB覆盖率和105%的Adobe RGB覆盖率，优于之前的研究。此外，它表现出了出色的响应能力，响应时间和恢复时间分别为287毫秒和87毫秒

Lee博士强调了传感器的更广泛应用，他说：“除了湿度传感，nFRCS还可以作为健康监测设备、智能显示器和室内材料，通过产生明显的颜色变化来对外部刺激做出反应。这种设计可以作为其他类型的比色传感器的框架，用于检测除湿度以外的不同环境变化。”

总体而言，这种创新的传感器标志着零功耗实时环境监测的重大飞跃