[发明专利]一种基于还原氧化石墨烯湿敏薄膜的湿度传感器、制备及使用方法

说明书

本发明公开了一种基于还原氧化石墨烯湿敏薄膜的湿度传感器，包括轻质上盖、二氧化硅衬底、湿敏传感元件、湿敏薄膜电阻检测器件、电路信号线和底座，湿敏传感元件包括还原氧化石墨烯基湿敏薄膜和叉指金电极；可以通过检测蒸腾作用释放出的水分子来检测植物的蒸腾作用并进行评定；同时还提供了其使用方法，以及还原氧化石墨烯湿敏薄膜的制备方法。

技术领域

本发明属于小型及微型传感装置技术领域，具体涉及的是一种基于还原氧化石墨烯湿敏薄膜的湿度传感器、制备及使用方法。

背景技术

作物育种的主要目标之一是培育出抗逆性较强的作物品种，而植物抗旱性能的衡量可以以水分在植物体内运输的相关量和蒸腾作用强弱作为指标，也就是对植物的水分利用率的进行量化的指标。这就要求人们用传感器对水分在植物体内运输时的相关物理量进行测量。

植物通过叶片气孔释放水蒸气的过程，就是蒸腾作用，它是植物水分输送的生理过程。植物从土壤中吸收水分，并运输到植物体各个部位的过程中，保证植物从根到叶的水柱的连续性，十分重要。而在水柱的连续性的保障上，除了植物导管内水的内聚力、植物根部的渗透压，借由蒸腾作用产生的蒸腾拉力也发挥了重要作用。植物能够实现连续的生理功能，并有能力调节蒸腾作用的强弱，优化内部温度。而且，植物光合作用的进行也需要借助蒸腾作用中植物对气孔进行关闭来减少水分的流失，并通过调控气孔的开闭控制二氧化碳进入，进而才能保证光合作用的正常进行并释放氧气。当叶片表面的气孔打开的时候，水蒸气会从叶子中溢出，增大叶子表面的局部湿度。另一方面，植物也会关闭气孔，使水分的蒸发减少，降低湿度。可见蒸腾作用是植物生存的一个关键过程。

因为具有着独特的光学、电气、机械和化学等方面的性质，氧化还原石墨烯及其相关材料，在越来越多的领域当中受到人们的日益增加的关注。通常人们认为还原氧化石墨烯的结构中包含羧基、羟基，这决定了还原氧化石墨烯具有高亲水性的性能，人们甚至可以在其中引入各种类型的分子(尤其是极性分子)。根据相关技术报道，大气当中的水蒸气，对于还原氧化石墨烯的电子传输、电学性能有显著影响。由此可以制作基于还原氧化石墨烯的湿度传感器，从而对植物的蒸腾作用强弱以及植物体内水分的运输进行监测和量化。

目前土壤水分传感器的发展较好，然而，可用来监测植物体内水分运输和蒸腾作用强弱的传感器较少，其中经济有效而又高性能的更为缺少。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种可以通过检测蒸腾作用释放出的水分子来检测植物的蒸腾作用并进行评定的基于还原氧化石墨烯湿敏薄膜的湿度传感器，同时还提供了其使用方法，以及还原氧化石墨烯湿敏薄膜的制备方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种基于还原氧化石墨烯湿敏薄膜的湿度传感器，包括轻质上盖、二氧化硅衬底、湿敏传感元件、湿敏薄膜电阻检测器件、电路信号线和底座，所述轻质上盖的上表面设有镂空透气孔，下表面设有穿线孔，所述湿敏传感元件包括还原氧化石墨烯基湿敏薄膜和叉指金电极，所述还原氧化石墨烯基湿敏薄膜置于叉指金电极的上表面，所述叉指金电极置于二氧化硅衬底的上表面，所述二氧化硅衬底置于湿敏薄膜电阻检测器件的上表面，所述湿敏薄膜电阻检测器件置于底座上，所述湿敏薄膜电阻检测器件通过导线分别与叉指金电极的两个引脚相连，所述电路信号线一端连接湿敏薄膜电阻检测器件，另一端从穿线孔引出并连接计算机或微处理器。

优选的，所述二氧化硅衬底和湿敏薄膜电阻检测器件的四角均各设有一个圆形通孔，所述二氧化硅衬底和湿敏薄膜电阻检测器件对应位置的圆形通孔对齐设置。

进一步的，所述底座底部的四角各设置一个螺栓。

优选的，所述叉指金电极是通过二氧化硅表面通过光刻法制得。

优选的，所述还原氧化石墨烯湿敏薄膜为层状结构，并由直径微米级的还原氧化石墨烯片堆叠构成。