比色传感器通过直观地变换颜色来检测环境变化，不需要额外的设备，很容易用肉眼看到。此外，它们以零功耗运行。通过明显地改变颜色，无需任何额外的设备，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，其中最佳湿度对质量控制至关重要。
为了实现准确的湿度检测，比色传感器必须覆盖广泛的颜色范围，表现出颜色与湿度之间的线性相关性，响应迅速，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fabry - p
共振的金属-水凝胶-金属（MHM）结构因其简单和不同的颜色产生而脱颖而出，因为水凝胶腔的厚度变化，通常使用壳聚糖等膨胀材料，导致不同的颜色。然而，传统的设计仍然受制于有限的色彩表现和缓慢的响应。
为了解决这些问题，由釜山国立大学电气与电子工程学院的Gil Ju Lee副教授领导的韩国研究小组开发了一种创新的二维（2D）纳米结构法诺共振比色传感器（nFRCS）。
Lee博士解释说：“我们的设计引入了利用范诺共振和等离子共振的纳米孔阵列，通过控制从减色到加色的反射光谱，显着增强了色域。此外，这些纳米孔通道还能提高响应能力。”研究结果发表在《光学》杂志上。
nFRCS包括银-壳聚糖-银的MHM结构，上层薄，底层厚。MHM还有一层薄而多孔的锗（Pr-Ge）涂层。这种涂层是将MHM从法布里-珀罗谐振器转变为法诺谐振器的关键补充，显著改善了颜色表现。
此外，nFRCS将二维纳米孔阵列（NHAs）集成到MHM层中，为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，在高度潮湿的条件下，壳聚糖会吸收水分子，使其膨胀；在干燥的条件下，壳聚糖会释放水分子，使其体积缩小，从而导致与湿度水平相关的颜色变化。
这些NHAs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（LSPR），进一步提高了性能。
研究人员使用卷到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，该方法节省了时间和成本。
在实验中，制备的nFRCS显示出较宽的色域，超过标准RGB (sRGB)，显示出141%的sRGB覆盖率和105%的Adobe RGB覆盖率，优于以往的研究。此外，它还表现出了出色的响应性，响应时间和恢复时间分别为287毫秒和87毫秒。
李博士强调了该传感器的广泛应用，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，通过产生独特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，用于检测湿度以外的不同环境变化。”
总的来说，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。
