[发明专利]一种基于高重复性湿度检测装置的温室大棚

说明书

技术领域

本发明属于温室大棚领域，更具体涉及一种基于高重复性湿度检测装置的温室大棚。

背景技术

温室，又称暖房。能透光、保温(或加温)，用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供温室生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。温室的种类多，依不同的屋架材料、采光材料、外形及加温条件等又可分为很多种类。

温室大棚内部环境的湿度是其重要的工作参数。

发明内容

本发明针对背景技术存在的问题，提供一种基于高重复性湿度检测装置的温室大棚。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于高重复性湿度检测装置的温室大棚，其特征在于，所述温室大棚的内部安装有湿敏传感器模块，由于温室大棚内部环境的湿度是其重要的工作参数，本发明基于碳纳米管电容型湿敏传感器，能够快速检测温室大棚内部环境中水蒸气的含量，并且重复测量性好，灵敏度高。

该湿敏传感器模块包括从下到上依次布设的重掺杂硅片、紧贴重掺杂硅片的SiO₂层、碳纳米管层、位于SiO₂层间的下电极和位于碳纳米管层上的上电极，所述碳纳米管层生长于SiO₂层上；所述下电极上有金属薄膜，所述金属薄膜从内到外依次为具有黏附性的Cr层、导电导热的Cu层和作为电极层的Au层，所述Cr层、Cu层和Au层的厚度依次为20nm、200nm和100nm；所述碳纳米管层采用催化剂和/或光刻法实现其定域生长，生长后的所述碳纳米管层采用等离子体使其产生羟基修饰，碳纳米管层在等离子体羟基修饰之前经过了加入微量钨粉的醋酸和双氧水混合溶液的处理；所述金属薄膜的表面紧贴有感测细菌生长的细菌酶膜层，该细菌酶膜层与金属薄膜一起形成感测水分的细菌湿敏感测器；所述下电极和上电极上连接有一个用于和客户端通信连接的微控处理器。

优选地，所述湿敏传感器的制作包括以下步骤：

S1：SiO₂层制作：取所述重掺杂硅片，将其放入管式炉中，按照10℃/min的速率升温到500℃，保温12h，然后自然冷却至室温，即可在重掺杂硅片表面形成SiO₂层；

S2：下电极制作：将步骤S1中制得的有SiO₂层的重掺杂硅片依次使用丙酮、乙醇、去离子水清洗15min后烘干，在其表面旋涂光刻胶，使用下电极掩模版对其曝光，120℃烘干2min后显影、烘干，在CHF₃气氛下干法刻蚀SiO₂层，刻蚀30min，将刻蚀SiO₂层清洗后的重掺杂硅片放入磁控溅射仪中，在低于1.5×10^-3pa真空下依次磁控溅射Cr层、Cu层和Au层；将磁控溅射好Cr层、Cu层和Au层的下电极(1)表面固定上细菌酶膜，然后清洗光刻胶；所述重掺杂硅片的尺寸大小为2cm×2cm；

S3：气喷催化剂薄膜，步骤如下：

a.使用Fe/Ni纳米粒子作为碳纳米管生长的催化剂，首先，对带有下电极的重掺杂硅片旋涂光刻胶，采用催化剂的定域掩模版对其进行曝光，然后经过显影，清洗备用；

b.配制催化剂Fe/Ni的分散液：分别称取200mg、50mg的Fe纳米粒子和Ni纳米粒子，将其加入60ml的98％H₂SO₄和40ml的69％的HNO₃混合溶液中，在80℃水浴中超声3h，然后用去离子水清洗后过滤，得到干燥的Fe/Ni混合纳米粒子，然后称取100mg的Fe/Ni纳米粒子，加入500ml的去离子水中，充分搅拌后得到Fe/Ni混合纳米粒子的分散液；

c.使用高纯氮气作为气喷载体，调节喷笔与重掺杂硅片之间的水平和垂直距离，使分散液的溶剂到达基片上时刚好挥发为准，气喷5次，每次气喷20s，使形成一层均匀的厚度约为20nm的催化剂Fe/Ni的混合纳米粒子薄膜；

S4：CVD法生长碳纳米管：

碳纳米管反应气源为CH₄和H₂的混合气体，首先将带有图案化催化剂粒子的重掺杂硅片进行清洗，去除光刻胶，放入反应腔中；然后抽真空，达到真空要求后通入氢气，施加微波使反映腔中产生等离子体；加热衬底使其达到一定的温度并保持40min，通入甲烷气体，此时碳纳米管开始生长；在生长过程中腔中真空度保持不变；经过10min左右，关闭微波源和射频加热器，停止通入甲烷气体，关闭氢气，通入氩气，取出重掺杂硅片的衬底，得到图案化的碳纳米管；