[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

说明书

一种可监控植物生长状态的微型传感器及其制备方法，涉及传感器技术领域。所述微型传感器为三明治夹层结构，从下至上依次为支撑层、柔性传感层和保护层。制备方法：将丝素蛋白溶液与分散剂、增强剂混合，分散在基板表面固化形成高透明的丝素蛋白复合膜；水热法合成银纳米线，溶于去离子水中，静电纺丝法获得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；在透明复合膜表面喷涂银纳米线溶液，将包覆银纳米颗粒的聚合物纤维网格转移到银纳米线表层；引出电极，在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。柔韧性好、稳定性好、灵敏度高、具有精确地监控能力和环境抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种可监控植物生长状态的微型传感器及其制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，农业的发展越来越趋向于机械化、规模化和智能化，精确地植物生长检测技术变得越来越重要。制备具有高灵敏度、高稳定性以及环境友好的多功能植物传感器的研究受到国内外科研工作人员的广泛关注，这些植物传感器能够实时地将植物生长状态以及周围的生长环境转化为电信号反馈给使用人员，从而实现植物生长的最优化、最合理化、最科学化和最精确化的生物综合控制。然而，目前市场上可随时随地检测植物生长状态和生长环境的智能园艺设备(Koubachi，PlantLink，Parrot Flower Power)不仅种类极少，而且大多为体积庞大的内置传感器设备，成本高昂且不容易降解，造成环境的污染。

因此，开发一种高灵敏度、高稳定性、高透气性、可贴附和生物可降解的柔性微型植物传感器显得尤为重要。

中国专利申请CN102901530A公开一种植物生长数据采集传感器，由被观察植物、激光扫描发射头、激光扫描接收头、扫描数据处理器、电源及数据处理器、显示及储存器组成。通过激光扫描发射头和激光扫描接收头扫描能获得植物生长在各种光照、温度、湿度、以及不同的杂交育种方面的生长状态数据采集，能实时获得第一手的植物生长数据，并用显示及储存器观察和储存分析。

发明内容

本发明的目的在于针对上述实际情况中存在的多种问题，提供柔韧性好、稳定性好、灵敏度高、具有精确地监控能力和环境抗干扰能力的一种可监控植物生长状态的微型传感器及其制备方法。

所述可监控植物生长状态的微型传感器为三明治夹层结构，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。

所述可监控植物生长状态的微型传感器的透光率可为80％～90％，厚度可为200～300μm，方阻值可为20～40Ω/sq。

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％，厚度可为100～150μm，可拉伸性超过100％。

所述柔性传感层为银纳米线和银纳米纤维混合层具有高度阵列的正交网格结构。

所述可监控植物生长状态的微型传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)将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丝素蛋白复合膜；

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；

3)通过电喷涂法在透明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聚合物纤维网格转移到银纳米线表层；

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。