[发明专利]一种可监控植物生长状态的微型传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种可监控植物生长状态的微型传感器，其特征在于为三明治夹层结构，从下至上依次为支撑层、柔性传感层和保护层；

所述支撑层和保护层均为再生丝素蛋白透明复合膜层，所述柔性传感层为银纳米线与银包覆的高度阵列纳米纤维混合结构层，具有高度阵列的正交网格结构；

所述再生丝素蛋白透明复合膜层由不同比例的再生丝素蛋白和有机聚合物混合溶液固化而成，透光率超过90％，厚度为100～150μm，可拉伸性超过100％。

2.如权利要求1所述一种可监控植物生长状态的微型传感器，其特征在于所述可监控植物生长状态的微型传感器的透光率为80％～90％，厚度为200～300μm，方阻值为20～40Ω/sq。

3.如权利要求1所述可监控植物生长状态的微型传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将再生丝素蛋白溶液与分散剂、增强剂混合，然后分散在基板表面固化形成高透明的再生 丝素蛋白复合膜；所述分散剂选自异丙醇、乙酸乙酯中的至少一种，其在混合溶液中的质量分数为0.5％～1.5％；所述增强剂选自甘油，聚氨酯中的至少一种，再生丝素蛋白溶液与增强剂的质量之比为1～9︰1；

2)通过水热方法合成银纳米线，然后溶于去离子水中，将静电纺丝方法获得的高度阵列聚合物纤维网格置于磁控溅射腔体中包覆一层或多层银纳米颗粒；所述水热方法合成银纳米线的具体方法为：将0.17g硝酸银溶于50ml去离子水中得到硝酸银溶液，将0.12g氯化钠溶于100mL去离子水中得到氯化钠溶液，同时将10mL硝酸银溶液和10mL氯化钠溶液边搅拌边加入到50mL去离子水中，然后在混合液中加入72mg葡萄糖并转移到水热釜中在180～200℃水热24h，自然冷却至室温；所述银纳米线的直径为25～35nm，长度为20～30nm；

3)通过电喷涂法在再生丝素蛋白复合膜表面喷涂一层或多层银纳米线溶液，然后将包覆银纳米颗粒的高度阵列聚合物纤维网格转移到银纳米线表层，形成具有高度阵列的正交网格结构；所述电喷涂法施加在喷头的电压为9～12kV，喷头与再生丝素蛋白复合膜的距离为12～17cm；

4)引出电极，在步骤3)获得的结构表面涂覆混合保护液，固化后在表面形成透明复合保护层，即得所述可监控植物生长状态的微型传感器。

4.如权利要求3所述可监控植物生长状态的微型传感器的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述静电纺丝方法所用的溶液采用聚乙烯醇溶液，质量分数在5％～10％；所述静电纺丝方法获得的高度阵列聚合物纤维网格的工艺参数为：针头高压12～16kV，低压-2～0kV，针头与接收器之间的距离12～20cm，设备中湿度20％～30％，施加电压的时间1～3min；

所述磁控溅射的腔内真空度为1×10^-5～5×10^-5Pa，功率为30～60W，溅射时间为900～1200s。

5.如权利要求3所述可监控植物生长状态的微型传感器的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述固化是在恒温恒湿箱固化，恒温恒湿箱的温度为40～60℃，湿度为50％～60％，固化的时间是控制在20～30h。