Abstract The present study demonstrated a new fast colorimetric humidity sensor using the opal hydrogel composite (OHC). First, a highly monodisperse polystyrene (PS) latex was synthesized by soap-free emulsion polymerization and deposited on a glass substrate in order to form a three-dimensional opal photonic crystal. Then, the homogenous hydrogel precursor was infiltrated into the interstitial space of opal by capillary forces and underwent chemical polymerization to construct an embedded PS crystalline colloidal array within a poly (acrylamide-co-acrylic acid) hydrogel network. The scanning electron microscopic images confirmed the formation of opal structures. An interesting feature of the presented OHC sensor is that the sensor is transparent in a dry state and an increase in relative humidity (RH) leads to a colorful film. In addition, UV/Vis spectroscopy was performed within an RH range of 25-95%, indicating that reflection peak height gradually develops by RH increasing and the peak position shifts from 413 to 518 nm. Further, the sensor functions extremely rapidly and changes its color by increasing RH within a few seconds (less than 3 s) and becomes transparent again quickly as humidity represents a decrease. Based on the results, repeated humidity changes revealed that the sensor has an excellent reproducibility without any reduction in response time and sensitivity or a color change. Finally, it has good adhesion to the glass substrate which makes it a suitable RH sensor in different applications, along with the rapid response time, high sensitivity, repeatability, and the visual alarm.

中文翻译：

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蛋白石光子水凝胶比色监测湿度

摘要 本研究展示了一种使用蛋白石水凝胶复合材料 (OHC) 的新型快速比色湿度传感器。首先，通过无皂乳液聚合合成了高度单分散的聚苯乙烯 (PS) 胶乳，并将其沉积在玻璃基板上，以形成三维蛋白石光子晶体。然后，均匀的水凝胶前体通过毛细管力渗透到蛋白石的间隙空间中，并进行化学聚合以在聚（丙烯酰胺-共-丙烯酸）水凝胶网络内构建嵌入的 PS 晶体胶体阵列。扫描电子显微镜图像证实了蛋白石结构的形成。所提出的 OHC 传感器的一个有趣特征是，该传感器在干燥状态下是透明的，相对湿度 (RH) 的增加会导致彩色薄膜。此外，UV/Vis 光谱在 25-95% 的 RH 范围内进行，表明反射峰高度随着 RH 的增加而逐渐发展，并且峰位置从 413 nm 移动到 518 nm。此外，传感器的功能非常迅速，并通过在几秒钟内（不到 3 秒）内增加 RH 来改变其颜色，并随着湿度的降低而迅速变得透明。根据结果​​，反复的湿度变化表明该传感器具有出色的再现性，而不会降低响应时间和灵敏度或颜色变化。最后，它对玻璃基板具有良好的附着力，使其成为适合不同应用的 RH 传感器，同时具有快速响应时间、高灵敏度、可重复性和视觉警报。表明反射峰高度随着 RH 的增加而逐渐发展，峰位置从 413 nm 移动到 518 nm。此外，传感器的功能非常迅速，并通过在几秒钟内（不到 3 秒）内增加 RH 来改变其颜色，并随着湿度的降低而迅速变得透明。根据结果​​，反复的湿度变化表明该传感器具有出色的再现性，而不会降低响应时间和灵敏度或颜色变化。最后，它对玻璃基板具有良好的附着力，使其成为适合不同应用的 RH 传感器，同时具有快速响应时间、高灵敏度、可重复性和视觉警报。表明反射峰高度随着 RH 的增加而逐渐发展，峰位置从 413 nm 移动到 518 nm。此外，传感器的功能非常迅速，并通过在几秒钟内（不到 3 秒）内增加 RH 来改变其颜色，并随着湿度的降低而迅速变得透明。根据结果​​，反复的湿度变化表明该传感器具有出色的再现性，而不会降低响应时间和灵敏度或颜色变化。最后，它对玻璃基板具有良好的附着力，使其成为适合不同应用的 RH 传感器，同时具有快速响应时间、高灵敏度、可重复性和视觉警报。传感器的功能非常迅速，并通过在几秒钟内（不到 3 秒）内增加 RH 来改变其颜色，并随着湿度的降低而迅速变得透明。根据结果​​，反复的湿度变化表明该传感器具有出色的再现性，而不会降低响应时间和灵敏度或颜色变化。最后，它对玻璃基板具有良好的附着力，使其成为适合不同应用的 RH 传感器，同时具有快速响应时间、高灵敏度、可重复性和视觉警报。传感器的功能非常迅速，并通过在几秒钟内（不到 3 秒）内增加 RH 来改变其颜色，并随着湿度的降低而迅速变得透明。根据结果​​，反复的湿度变化表明该传感器具有出色的再现性，而不会降低响应时间和灵敏度或颜色变化。最后，它对玻璃基板具有良好的附着力，使其成为适合不同应用的 RH 传感器，同时具有快速响应时间、高灵敏度、可重复性和视觉警报。反复的湿度变化表明，该传感器具有出色的再现性，而不会降低响应时间和灵敏度或颜色变化。最后，它对玻璃基板具有良好的附着力，使其成为适合不同应用的 RH 传感器，同时具有快速响应时间、高灵敏度、可重复性和视觉警报。反复的湿度变化表明，该传感器具有出色的再现性，而不会降低响应时间和灵敏度或颜色变化。最后，它对玻璃基板具有良好的附着力，使其成为适合不同应用的 RH 传感器，同时具有快速响应时间、高灵敏度、可重复性和视觉警报。