一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，涉及农用柔性传感器领域，包括：由下至上依次设置的柔性基底、纳米银层、疏水层和欧拉螺旋敏感膜层；柔性基底的下表面与农作物的上表面相贴合，欧拉螺旋敏感膜层的上表面与所测土壤表面相贴合；柔性传感芯片阵列是由二维平面的欧拉螺旋线结构以曲率最大点为端点竖直向上拉伸形成的三维欧拉螺旋结构。本发明专利技术提供的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列具有规范公平的曲率以及扭转性质，通过拉伸扭转可增大柔性传感芯片阵列的欧拉螺旋敏感膜层与土壤中测试离子的接触面积，从而能够显著提高土壤养分的检测精度；并且该柔性传感芯片阵列实现了微小化处理。感芯片阵列实现了微小化处理。感芯片阵列实现了微小化处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列


[0001]本专利技术涉及农用柔性传感器
，特别涉及一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列。

技术介绍

[0002]保护我国粮食安全，促进农业增产增效增收，重在管好土壤。土壤肥力信息获取技术是实施农田科学配方施肥的基础。离子选择电极是指带有敏感膜的、能对离子或分子态物质有选择性响应的电极，具有特异性及易用性的特点，被广泛用于土壤的养分检测。
[0003]电化学法在离子选择电极上的应用是，利用敏感层即离子选择电极前后的电势差以及离子选择电极本身的灵敏度，从而反映出待测物中的某种离子浓度的含量，在能斯特方程中，灵敏度可被表示为能斯特方程的斜率。
[0004]目前，应用电化学进行土壤养分含量的实时监测，由于设备的限制，局限于离子电极的设计、膜材料、制备工艺，需要消耗大量试剂和测定费用，并且还有制备成本高，易损坏，精度低，操作步骤繁琐等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，用以解决现有的传感器设备体积占地大、测量精度低、造价高以及操作步骤繁琐等的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，包括：由下至上依次设置的柔性基底、纳米银层、疏水层和欧拉螺旋敏感膜层；所述柔性基底的下表面与农作物的上表面相贴合，所述欧拉螺旋敏感膜层的上表面与所测土壤表面相贴合；
[0008]所述柔性传感芯片阵列是由二维平面的欧拉螺旋线结构以曲率最大点为端点竖直向上拉伸形成的三维欧拉螺旋结构。
[0009]可选地，所述柔性传感芯片阵列在xoy面内的投影满足二维欧拉螺旋线的函数关系。
[0010]可选地，当二维平面的欧拉螺旋线结构以曲率最大点为端点竖直向上拉伸形成的三维欧拉螺旋结构时，所述欧拉螺旋线为顺时针旋转。
[0011]可选地，所述柔性传感芯片阵列上点的坐标的位置、柔性传感芯片阵列的长度、宽度、螺旋面的位置关系、相邻螺旋面间的距离以及拉伸半径均是与拉伸高度有关的函数。
[0012]可选地，所述欧拉螺旋线的曲率半径与所述所述柔性传感芯片阵列的拉伸高度呈反比例函数关系。
[0013]可选地，随着所述柔性传感芯片阵列螺旋线曲率的增大，相邻两个螺旋面之间的距离呈反比函数关系减小。
[0014]可选地，所述柔性传感芯片阵列在拉伸为三维欧拉螺旋结构后，不同高度螺旋线具有平行的特点，线性回归的一次线性系数为
‑
4.157。
[0015]可选地，所述柔性传感芯片阵列为中心对称结构。
[0016]可选地，所述柔性传感芯片阵列的宽度是固定的。
[0017]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0018]土壤中水的运动形式是呈螺旋状的流动，本专利技术提供的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列具有规范公平的曲率以及扭转性质，通过拉伸扭转可增大柔性传感芯片阵列的欧拉螺旋敏感膜层与土壤中测试离子的接触面积，从而能够显著提高土壤养分的检测精度；并且该柔性传感芯片阵列实现了微小化处理。本专利技术克服了现有的传感器设备体积占地大、造价高、测试精确度低、操作步骤繁琐等问题。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术提供的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术提供的本专利技术提供的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列的局部示意图；
[0022]图3为本专利技术提供的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列的工作系统图；
[0023]图4为本专利技术提供的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列构成的土壤田间养分测量系统工作框图；
[0024]图5为本专利技术提供的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列构成的土壤田间养分测量系统流程图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]本专利技术的目的是提供一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，通过拉伸扭转可增大柔性传感芯片阵列的敏感膜部分与土壤中测试离子的接触面积，从而提高土壤养分的检测精度。
[0027]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0028]如图1
‑
2所示，本专利技术提供的一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，包括：由下至上依次设置的柔性基底1、纳米银层2、疏水层3和欧拉螺旋敏感膜层4。所述柔性基底1的下表面与农作物的上表面相贴合，所述欧拉螺旋敏感膜层4的上表面与所测土壤表面相贴合。由于纳米银层2、疏水层3、欧拉螺旋敏感膜层4都是覆盖在柔性基底1之上，因此四者长度和宽度关系相同，该柔性传感芯片阵列的宽度是固定的，厚度约为75微米。该柔性传感芯片阵列的拉伸高度随着作物根系的深度和粗细而发生变化。
[0029]如图1所示，该柔性传感芯片阵列是由二维平面的欧拉螺旋线结构以曲率最大点为端点竖直向上拉伸形成的三维欧拉螺旋结构。该堆叠结构中的柔性基底1可以保证整个电极结构公平精确地复现出三维欧拉螺旋结构的曲率半径等特性；疏水层3可以有效改善“水层”的影响，是由于柔性基底1的拉伸应变，导致通过电化学形成的敏感膜无法与基底间很好融合。而添加疏水层3之后，柔性基底1拉伸应变疏水层3薄膜由于总表面积的增加而破碎成网状结构，这种网状结构可以包含足够的空气在其中，这样，当水滴在这种结构的表层时，沟槽中的空气可以提供支持水滴的力将其扶起，使疏水性改进。
[0030]进一步地，该柔性传感芯片阵列上点的坐标的位置、柔性传感芯片阵列的长度、宽度、螺旋面的位置关系、相邻螺旋面间的距离以及拉伸半径等均是与拉伸高度有关的函数。
[0031]所述欧拉螺旋线的曲率半径与所述该柔性传感芯片阵列的拉伸高度呈反比例函数关系；随着该柔性传感芯片阵列螺旋线曲率的增大，相邻两个螺旋面之间的距离呈反比函数关系减小。
[0032]进一步地，所述的柔性传感阵列由二维欧拉螺旋线结构以曲率最大点为端点竖直拉伸而成，欧拉螺旋线为顺时针旋转，该柔性传感芯片阵列在xoy面内投影满足二维的欧拉螺旋线的函数关系，在二维平面中满足的积分函数关系为：
[0033][0034][0035]欧拉螺旋线也被称为考纽螺线，是具有公平规范的曲率的螺旋线。
[0036]该函数关系式中：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，其特征在于，包括：由下至上依次设置的柔性基底、纳米银层、疏水层和欧拉螺旋敏感膜层；所述柔性基底的下表面与农作物的上表面相贴合，所述欧拉螺旋敏感膜层的上表面与所测土壤表面相贴合；所述柔性传感芯片阵列是由二维平面的欧拉螺旋线结构以曲率最大点为端点竖直向上拉伸形成的三维欧拉螺旋结构。2.根据权利要求1所述的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，其特征在于，所述柔性传感芯片阵列在xoy面内的投影满足二维欧拉螺旋线的函数关系。3.根据权利要求1所述的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，其特征在于，当二维平面的欧拉螺旋线结构以曲率最大点为端点竖直向上拉伸形成的三维欧拉螺旋结构时，所述欧拉螺旋线为顺时针旋转。4.根据权利要求1所述的基于欧拉螺旋结构的柔性传感芯片阵列，其特征在于，所述柔性传感芯片阵列上点的坐标的位置、柔性传感芯片阵列的长度、宽度、螺旋面的位置关系、相邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淼，刘子雯，路逍，王丽茹，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：