如今,濕度傳感器已經(jīng)成為我們?nèi)粘I钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧L貏e是,采用電子測量原理的濕度傳感器已成為標(biāo)準(zhǔn)。雖然這些傳感器已被證明是一種穩(wěn)定的測量方法,但它們也有一些缺點(diǎn),例如響應(yīng)時間長或在爆炸性環(huán)境中使用的危險性等。
據(jù)麥姆斯咨詢報道,近日,格拉茨技術(shù)大學(xué)(Graz University of Technology)的研究人員介紹了光子晶體作為一種替代性光學(xué)測量方法的濕度傳感器。研究人員將超快雙光子聚合(2PP)打印的新技術(shù)與薄膜沉積工藝(iCVD)相結(jié)合,能夠打印出大面積、高精度的3D模板,隨后用20 nm的濕度響應(yīng)性水凝膠薄膜(pHEMA)對其進(jìn)行涂覆。研究人員能夠突破雙光子聚合技術(shù)的極限,制備出穩(wěn)定和周期性的大面積3D結(jié)構(gòu)。水凝膠在環(huán)境條件下的靈活定制使其在廣泛的傳感應(yīng)用中極具前景。相關(guān)研究成果以“Structural Colored Based Humidity Sensor Consisting of High Resolution 3D Printed Photonic Crystal Coated with Ultra-Thin Responsive Hydrogels”為題發(fā)表在Macromolecular Rapid Communications期刊上。
在這項工作中,研究人員展示了結(jié)合iCVD制造堅固的2PP 3D打印結(jié)構(gòu)的能力。使用超快2PP打印技術(shù)來創(chuàng)建大型、穩(wěn)定和周期性的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可以使用iCVD涂覆超薄水凝膠膜。2PP打印樹脂作為光子模板,在iCVD沉積過程中,水凝膠薄膜的厚度可以精確控制,而線寬和線間距可以用2PP打印機(jī)以高分辨率精確制造。
iCVD沉積后的頂視圖示意圖
光學(xué)顯微鏡下3D 2PP打印模板示意圖:(a)打印后;(b)收縮后;(c)iCVD沉積后
此外,研究人員發(fā)現(xiàn)所制備結(jié)構(gòu)的顏色變化與相對濕度水平之間存在明顯的相關(guān)性。濕度的增加使得沉積的水凝膠膨脹,導(dǎo)致iCVD涂覆的光子結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的顏色變化。可以觀察到基于不同相對濕度水平的清晰顏色轉(zhuǎn)變。在低濕度水平下,可觀察到的顏色變化最小。這種現(xiàn)象可以用水凝膠薄膜特有的膨脹機(jī)制來解釋,在高濕度下顯著膨脹占據(jù)主導(dǎo)地位。
相對濕度增加的測量結(jié)果
值得一提的是,水凝膠在對環(huán)境條件的反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的靈活性。因此,傳感層可以被修飾以響應(yīng)相對濕度以外的參數(shù)。這些特性使水凝膠成為各種工業(yè)應(yīng)用中傳感層的有前途的替代選擇。
這項研究的長期目標(biāo)是設(shè)計一種緊湊型設(shè)備,通過智能手機(jī)或類似設(shè)備以光學(xué)方式測量相對濕度。因此,在未來的計劃中,研究人員將致力于改善可打印區(qū)域的大小并提高光學(xué)系統(tǒng)的效率。
論文鏈接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.202400111
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:水凝膠薄膜+3D打印光子晶體,實現(xiàn)基于結(jié)構(gòu)色的濕度傳感器
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