如今，濕度傳感器已經成為我們日常生活中不可或缺的一部分。特別是，采用電子測量原理的濕度傳感器已成為標準。雖然這些傳感器已被證明是一種穩定的測量方法，但它們也有一些缺點，例如響應時間長或在爆炸性環境中使用的危險性等。

據麥姆斯咨詢報道，近日，格拉茨技術大學（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）打印的新技術與薄膜沉積工藝（iCVD）相結合，能夠打印出大面積、高精度的3D模板，隨后用20 nm的濕度響應性水凝膠薄膜（pHEMA）對其進行涂覆。研究人員能夠突破雙光子聚合技術的極限，制備出穩定和周期性的大面積3D結構。水凝膠在環境條件下的靈活定制使其在廣泛的傳感應用中極具前景。相關研究成果以“Structural Colored Based Humidity Sensor Consisting of High Resolution 3D Printed Photonic Crystal Coated with Ultra-Thin Responsive Hydrogels”為題發表在Macromolecular Rapid Communications期刊上。

在這項工作中，研究人員展示了結合iCVD制造堅固的2PP 3D打印結構的能力。使用超快2PP打印技術來創建大型、穩定和周期性的結構，該結構可以使用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打印機以高分辨率精確制造。

iCVD沉積后的頂視圖示意圖

光學顯微鏡下3D 2PP打印模板示意圖：（a）打印后；（b）收縮后；（c）iCVD沉積后

此外，研究人員發現所制備結構的顏色變化與相對濕度水平之間存在明顯的相關性。濕度的增加使得沉積的水凝膠膨脹，導致iCVD涂覆的光子結構發生明顯的顏色變化。可以觀察到基于不同相對濕度水平的清晰顏色轉變。在低濕度水平下，可觀察到的顏色變化最小。這種現象可以用水凝膠薄膜特有的膨脹機制來解釋，在高濕度下顯著膨脹占據主導地位。

相對濕度增加的測量結果

值得一提的是，水凝膠在對環境條件的反應中表現出優異的靈活性。因此，傳感層可以被修飾以響應相對濕度以外的參數。這些特性使水凝膠成為各種工業應用中傳感層的有前途的替代選擇。

這項研究的長期目標是設計一種緊湊型設備，通過智能手機或類似設備以光學方式測量相對濕度。因此，在未來的計劃中，研究人員將致力于改善可打印區域的大小并提高光學系統的效率。

論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.202400111

審核編輯：劉清