[发明专利]可穿戴柔性传感器及其制备方法和监测水果成熟度方法

说明书

本发明公开了一种用于水果成熟度监测的可穿戴柔性传感器及其制备方法，所述传感器包括柔性基底、在柔性基底表面制备的叉指电极、叉指电极两侧的封装层、修饰在叉指电极表面的乙烯敏感材料层，其中乙烯敏感材料层包括半导体材料、气体吸附材料以及信号增强材料。本发明通过实时监测气体敏感界面电流或电阻变化率来识别水果表面乙烯排放浓度，判定水果的成熟度及新鲜度。本发明柔性可穿戴性质，可以贴附于水果表面，可实现对水果表皮界面乙烯浓度的动态连续检测，将检测目标从空间乙烯浓度具体定位到了水果个体释放的乙烯浓度上，检测更加精准，响应来源具有可追溯的性质。

技术领域

本发明涉及一种传感器领域，尤其涉及一种可穿戴柔性传感器及其制备方法和监测水果成熟度方法。

背景技术

乙烯是一种无味、无色的小碳氢化合物。它是一种天然的植物激素，它调节着植物重要的生理环节，如发芽，植物的发育或生长，开花，最重要的是果实采收后的成熟和随后的衰老，特别是跃变期的果实。乙烯是植物自身合成的产物，它渗透到细胞中并触发果实成熟基因表达，成熟的水果会产生更多的乙烯，而乙烯反过来又会促进过程的进一步成熟，甚至导致腐烂，从而影响水果的售卖。考虑到在运输和储存过程中水果和鲜花过早变质或过熟给农业造成的巨大损失，通过测量果实表面乙烯浓度的浓度变化，可以计算出果实成熟的大致阶段。从理论上讲，我们可以通过监控储藏单元中的温度、湿度等环境状况，甚至是每个水果单元来控制整个过程，从而延长水果的货架期。虽然监测这些条件相对简单，但由于分子尺寸小，物理化学反应活性非常有限，开发适合乙烯的传感平台仍然是一个挑战。

目前的乙烯传感技术包括光声光谱、气相色谱、基于金属氧化物半导体的传感器、智能电子鼻系统等；基于水果光学特性判断方法主要是光谱技术，但是测试时光易散射，所用仪器昂贵复杂，限制了在水果成熟度检测方面的进一步推广；基于金属氧化物半导体传感器，普遍要求高温操作，并且合成过程复杂，也具有一定的局限性；智能电子鼻系统由信号处理、模式识别和多组气敏传感器组成，系统组成复杂，集成元件众多，制作成本高昂，对一线检测现场使用意义不大。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种监测结果精确度高、测试成本低，易于工业化生产的可穿戴柔性传感器；本发明的另一目的是提供一种简单、可靠的可穿戴柔性传感器的制备方法；本发明的另一目的是提供一种监测水果成熟度方法。

技术方案：本发明的可穿戴柔性传感器，所述传感器包括柔性基底、在柔性基底表面制备的叉指电极、叉指电极两侧的封装层、修饰在叉指电极表面的乙烯敏感材料层；其中乙烯敏感材料层包括半导体材料、气体吸附材料以及信号增强材料。

进一步地，柔性基底为耐高温纸、聚酰亚胺、涤纶树脂或聚二甲基硅氧烷。

进一步地，半导体材料为石墨烯、碳纳米管、MoS2、P3HT或氧化锌，气体吸附材料为钯纳米粒子或Cu配合物，信号增强材料为聚苯乙烯珠或多孔隙聚合物。

上述可穿戴柔性传感器的制备方法，，包括以下步骤：

(1)在柔性基底表面制备叉指电极；

(2)对叉指电极两侧导线进行封装；

(3)将乙烯敏感材料修饰到叉指电极的气体响应区域。

进一步地，步骤(1)中，制备叉指电极的方法为：由柔性材料为基底，在柔性基底上粘附金属箔，金属箔为铜、银、金或铂；在粘附金属箔的柔性基底上按照绘制好的图案进行激光打印，即得叉指电极。

进一步地，激光打印的激光功率范围为3-10W，移动速率范围为1-3cm/s，

进一步地，步骤(3)中，乙烯敏感材料修饰叉指电极的方法为滴涂法。