De Hercules-kever, afkomstig uit Zuid-Amerika, heeft de fascinerende eigenschap dat hij zijn schelpkleuren verandert afhankelijk van de externe vochtigheidsomstandigheden. Dit komt doordat de binnenkant van het schild van de kever bestaat uit een poreuze roosterstructuur met vierkante gaten. Wanneer licht van bepaalde golflengten de schaal raakt, reflecteert het deze en geeft het verschillende kleuren weer; en deze golflengten veranderen afhankelijk van de vochtigheid. Onlangs is een sensor voorgesteld die van kleur verandert afhankelijk van de vochtigheid zoals deze kever met een 10.000 keer hogere snelheid dan de conventionele optische sensoren.

Een POSTECH-onderzoeksteam onder leiding van professor Junsuk Rho (afdeling Chemische Technologie en Afdeling Werktuigbouwkunde) en Ph.D. kandidaten Chunghwan Jung en Jaehyuck Jang (Department of Chemical Engineering), in samenwerking met Sung-Hoon Hong en Dr. Soo-Jung Kim (Electronics and Telecommunications Research Institute, ETRI) en Professor Young Min Song (Gwangju Institute of Science and Technology, GIST ), heeft een ultrasnelle, op vochtigheid reagerende colorimetrische sensor ontwikkeld. De bevindingen van het onderzoek zijn gepubliceerd in Science Advances .

Sensoren die licht gebruiken, worden al in ons dagelijks leven gebruikt, voor elektrocardiogrammen en metingen van de luchtkwaliteit. Deze sensoren gebruiken licht om veranderingen in hun omgeving te detecteren en om te zetten in digitale signalen.

Het onderzoeksteam fabriceerde een colorimetrische sensor die bestaat uit een metaal-hydrogel-metaalstructuur met behulp van een ongeordende metalen nanodeeltjeslaag - een chitosan-hydrogel - en een reflecterend substraat. Wanneer de externe vochtigheid verandert, verandert de resonantiefrequentie van de sensor als gevolg van de eigenschap van de chitosan-hydrogel die herhaaldelijk opzwelt in natte toestand en samentrekt in droge toestand.

Deze nieuwe sensor heeft een ultrasnelle snelheid die 10.000 keer sneller is dan de conventionele Fabry-Perot interferometer-gebaseerde optische sensoren. Deze snelle reactiesnelheid is te danken aan de poreuze ruimte tussen de nanodeeltjes waaruit de sensor bestaat, net zoals de schaal van de kever die van kleur verandert afhankelijk van de vochtigheid.

"Deze nieuwe vochtigheidssensor is speciaal omdat hij schaalbaarheid van de productie mogelijk maakt tegen lage kosten, ook al werden nanomaterialen en nanostructuren gebruikt", legt professor Rho uit die het onderzoek leidde. "Door de op vochtigheid reagerende kleurenpixels in beveiligingscodes te introduceren, kunnen beveiligingstags worden toegepast voor vochtgevoelige elektronische apparaten, bankbiljetten, paspoorten en ID-kaarten." + Verder verkennen

Slimme ramen die zichzelf verlichten op regenachtige dagen