[發(fā)明專利]一種柔性可延展葉面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710646085.4
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107356291A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 黃顯;趙一聰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01N27/04;G01N33/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發(fā)明涉及一種葉面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)。特別是涉及一種能夠對植物的生長狀況進行長期連續(xù)的監(jiān)測的柔性可延展葉面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)及制備方法。

背景技術

農業(yè)生產面臨著來自人口增長的空前壓力,提高農業(yè)生產效率能有效解決人口高速增長帶來的諸多社會問題，有利于維護食品供給安全和社會穩(wěn)定。因此在美國等西方發(fā)達國家，精準農業(yè)被逐步實施，即通過現(xiàn)代測量和檢測技術獲得農作物生長的各種變量，并依據(jù)這些數(shù)據(jù)精確地管理農業(yè)生產，逐步實現(xiàn)了精確化、集約化、信息化的現(xiàn)代農業(yè)，農業(yè)生產從高投入、低效率和缺少數(shù)值依據(jù)的傳統(tǒng)模式變成高效和可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化新型農業(yè)。

支撐精準農業(yè)的幾項關鍵技術包括了機器視覺、空中或衛(wèi)星偵查和田間電子傳感器等，這些測量技術大多依靠測量植物葉子、果實、根莖的性質和自然條件去預測植物的總體生長趨勢和健康程度，在一定程度上為精準農業(yè)提供了科學數(shù)據(jù)支持，提高了農業(yè)的產量和效率。然而，現(xiàn)有的技術卻存在諸多缺點:基于機器視覺的觀察方法其時間和空間分辨率都很低，無法及時響應各種影響植物生長狀況的突發(fā)事件(氣候突變、病蟲害和耕種不當?shù)?；機器視覺和空中偵察采用的都是非接觸式測量，只能測量農作物表面的情況，而無法深入到植物內部獲得與植物總體生長情況相關的參數(shù)(如水分和養(yǎng)分等)；田間電子傳感器使用電磁場、時域反射計或選擇性離子電極等方法測量土壤中的水分和營養(yǎng)成分來推斷植物的生長狀況，對植物間的水肥吸收差異性考慮不夠，從土壤水分和養(yǎng)料推斷植物生長的方法缺乏準確性；一些新興的測量技術使用機械夾持的方式將傳感器固定在植物的葉子上從而測量葉子的水分、葉綠素、溫度和呼吸作用，然而這些傳感器都是基于剛性或者半剛性的基底和封裝，它們的機械和物理特性與柔軟且形狀動態(tài)變化的葉子并不兼容，只能夠間接或非連續(xù)地測量葉子的各種參數(shù)，無法動態(tài)精準地監(jiān)測數(shù)據(jù)，缺乏及時監(jiān)測各種自然災害和突發(fā)事件對植物生長影響的能力。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種可以順應植物葉子的表面形態(tài)，緊密地吸附在葉子表面，對植物的生長狀況進行長期連續(xù)的監(jiān)測的柔性可延展葉面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)及制備方法。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種柔性可延展葉面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，包括信號測量模塊，所述的信號測量模塊通過柔性導線連接用于貼附于植物葉片上用于采集植物葉片的不同信息的柔性可延展葉面?zhèn)鞲衅鳌?/p>

所述的柔性可延展葉面?zhèn)鞲衅靼ㄓ上轮辽弦来卧O置的載體層、基底層、粘連層、第二絕緣層、傳感模塊層、互連層和第一絕緣層。

所述的傳感模塊層是由1個以上的傳感模塊構成，每一個傳感模塊用于采集植物葉片上的一種信息，所述的互連層是由與所述的傳感模塊個數(shù)相同的1組以上的可延展互連線和連接在所述可延展互連線輸出端的引出電極構成，每一組可延展互連線的輸入端對應連接一個傳感模塊。

所述的采集植物葉片上的信息包括，溫度信息、濕度信息、應變信息、光強信息、微量元素信息、氨基酸信息和葉綠素信息中的一種以上。

所述的可延展互連線采用能夠跟隨葉子的生長發(fā)生形變的空間可延展的結構或平面可延展的結構。

所述的第一絕緣層和第二絕緣層采用能夠跟隨葉子的生長發(fā)生形變的空間可延展的結構或平面可延展的結構。

所述的空間可延展的結構是空間彎折結構、波浪形結構或島橋結構，所述的平面可延展的結構是蛇形結構或分形結構。

一種柔性可延展葉面?zhèn)鞲邢到y(tǒng)的制備方法，包括如下步驟：

1)在硅片上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯作為犧牲層；

2)在聚甲基丙烯酸甲酯表面涂覆聚酰亞胺作為第一絕緣層；

3)在絕緣體上硅的限定區(qū)域進行摻雜，獲得P和N摻雜區(qū)，在絕緣體上硅上均勻地刻蝕出通孔陣列，放入緩沖氧化蝕刻劑中釋放硅納米薄膜，得到用于采集光強信息、溫度信息和應變信息的材料；

4)使用聚二甲基硅氧烷轉印圖章將釋放后的硅納米薄膜從絕緣體上硅上揭起來，轉印到還沒有完全固化的第一絕緣層上后進行熱固化；

5)采用光刻和干法刻蝕工藝實現(xiàn)硅納米薄膜的圖形化，分別形成光強傳感模塊、溫度傳感模塊和應變傳感模塊；

6)去除光刻膠，采用電子束蒸鍍形成互連層，作為各傳感模塊的互連層和濕度傳感模塊；

7)采用光刻和濕法腐蝕工藝實現(xiàn)互連層和濕度傳感單元的圖形化，形成具有濕度傳感模塊、具有可延展性的金屬互連線層以及金屬互連線層與接口電路間的引出電極；

8)去除光刻膠，涂覆第二層絕緣層；

9)采用光刻和等離子刻蝕工藝實現(xiàn)第一絕緣層和第二絕緣層的圖形化，形成柔性可延展傳感器的最終形狀；