Diagramma schematico e principio alla base del sensore di umidità colorimetrico ultraveloce a colori. Credito:POSTECH
Lo scarabeo Ercole originario del Sud America ha l'affascinante caratteristica di cambiare i colori del suo guscio a seconda delle condizioni di umidità esterna. Questo perché l'interno del guscio dello scarabeo è costituito da una struttura reticolare porosa con fori quadrati. Quando la luce di particolari lunghezze d'onda colpisce il guscio, lo riflette e mostra colori diversi; e queste lunghezze d'onda cambiano a seconda dell'umidità. Recentemente è stato proposto un sensore che cambia colore a seconda dell'umidità come questo coleottero con una velocità 10.000 volte più veloce rispetto ai sensori ottici convenzionali.
Un gruppo di ricerca POSTECH guidato dal Professor Junsuk Rho (Dipartimento di Ingegneria Chimica e Dipartimento di Ingegneria Meccanica) e Ph.D. candidati Chunghwan Jung e Jaehyuck Jang (Dipartimento di ingegneria chimica), in collaborazione con Sung-Hoon Hong e il dottor Soo-Jung Kim (Istituto di ricerca sull'elettronica e le telecomunicazioni, ETRI) e il professor Young Min Song (Istituto di scienza e tecnologia di Gwangju, GIST ), ha sviluppato un sensore colorimetrico ultraveloce sensibile all'umidità. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Science Advances .
I sensori che utilizzano la luce sono già utilizzati nella nostra vita quotidiana, per l'elettrocardiogramma e la misurazione della qualità dell'aria. Questi sensori utilizzano la luce per rilevare i cambiamenti nell'ambiente circostante e convertirli in segnali digitali.
Il team di ricerca ha fabbricato un sensore colorimetrico costituito da una struttura metallo-idrogel-metallo utilizzando uno strato di nanoparticelle metalliche disordinate, un idrogel di chitosano, e un substrato riflettente. Quando l'umidità esterna cambia, la frequenza di risonanza del sensore cambia a causa della caratteristica dell'idrogel di chitosano che si gonfia allo stato umido e si contrae ripetutamente allo stato secco.
Questo nuovo sensore vanta una velocità ultraveloce che è 10.000 volte più veloce dei tradizionali sensori ottici basati su interferometro Fabry-Perot. Questa elevata velocità di reazione è dovuta allo spazio poroso tra le nanoparticelle che compongono il sensore, proprio come il guscio dello scarabeo che cambia colore a seconda dell'umidità.
"Questo nuovo sensore di umidità è speciale in quanto consente la scalabilità della produzione a basso costo anche se sono stati utilizzati nanomateriali e nanostrutture", ha spiegato il professor Rho che ha guidato lo studio. "L'introduzione dei pixel di colore sensibili all'umidità nei codici di sicurezza consente l'applicazione di tag di sicurezza per dispositivi elettronici, banconote, passaporti e carte d'identità sensibili all'umidità". + Esplora ulteriormente
