比色传感器通过直观地改变颜色来检测环境变化，肉眼很容易看到，无需额外的设备。此外，它们以零功耗运行。这些传感器无需任何额外设备即可明显地改变颜色，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，在这些应用中，最佳湿度对于质量控制至关重要。

为了准确检测湿度，比色传感器必须覆盖广泛的颜色范围，证明颜色和湿度之间的线性相关性，快速响应并保持长期稳定性。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，利用法布里-佩罗共振的金属-水凝胶-金属 （MHM） 结构因其简单性和多样化的颜色产生而脱颖而出，因为水凝胶腔厚度的变化，通常使用壳聚糖等溶胀材料，导致不同的颜色。但是，传统设计仍然存在颜色表示受限和响应速度慢的问题。

为了解决这些问题，由釜山国立大学电气与电子工程学院 Gil Ju Lee 副教授领导的韩国研究团队开发了一种创新的二维 （2D） 纳米结构 Fano 谐振比色传感器 （nFRCS）。

Lee 博士解释说：“我们的设计引入了利用 Fano 共振和等离子体共振的纳米孔阵列，通过控制从减色到加法着色的反射光谱来显着增强色域。此外，这些纳米空穴通道还增强了响应能力。研究结果发表在《光学》杂志上。

nFRCS 由银-壳聚糖-银的 MHM 结构组成，上层薄，底层厚。MHM 还具有薄的多孔锗 （Pr-Ge） 涂层。这种涂层是将 MHM 从 Fabry-Perot 谐振器转变为 Fano 谐振器的关键补充，从而显着改善了色彩表现。

此外，nFRCS 将 2D 纳米空穴阵列 （NHA） 整合到 MHM 层中，为周围环境中的水蒸气建立了一条直接到达壳聚糖层并与壳聚糖层相互作用的路线。由于壳聚糖的亲水性，在高度潮湿的条件下，壳聚糖吸收水分子，使其膨胀，而在干燥条件下，壳聚糖释放水分子，使其体积缩小，导致与湿度水平相关的颜色变化。

这些 NHA 还提高了传感器的响应能力，其有序模式促进了额外的光-物质相互作用，例如表面等离子体共振 （SPP） 和局部表面等离子体共振 （LSPR），从而进一步提高性能。

研究人员使用卷对板纳米压印光刻 （NIL） 制造了 nFRCS 传感器，该光刻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，这种方法既节省了时间又节省了成本。

在实验中，制造的 nFRCS 显示出宽色域，超过了标准 RGB （sRGB），显示出 141% 的 sRGB 覆盖率和 105% 的 Adobe RGB 覆盖率，优于以前的研究。此外，它表现出出色的响应能力，响应时间和恢复时间分别为 287 毫秒和 87 毫秒。

Lee 博士强调了传感器的更广泛应用，他说：“除了湿度传感之外，nFRCS 还可以用作健康监测设备、智能显示器和室内材料，通过产生不同的色偏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，这些传感器可以检测湿度以外的不同环境变化。

总体而言，这款创新传感器标志着零功率实时环境监测的重大飞跃。