近日，华中农业大学工学院光机电共性技术与装备团队在国际期刊Sensors and Actuators B: Chemical发表了题为″Wearable sensors using aqueous synthesized perovskite hybrid for real-time monitoring of plant leaf moisture″的研究论文。该研究面向植物微环境湿度实时监测需求，研发了一种基于绿色水相合成无铅钙钛矿/氯化铵杂化结构的可穿戴湿度传感器。该研究通过构筑介孔异质结构提升了材料的水分吸附能力和湿度响应性能，揭示了湿度诱导电子离子协同的传输机制，实现了植物叶片水分状态的无损、原位监测，为作物生理信息精准感知提供了新的技术方案。
水分是影响植物生长发育和产量的重要环境因素，参与植物光合作用、蒸腾作用以及温度调节等关键生命过程。植物叶片表面微环境湿度变化能够反映作物水分状态和干旱胁迫响应，对于精准灌溉以及优化农业生产管理具有重要意义。现有植物湿度传感器面临诸多挑战，比如刚性器件难以适应柔软且动态变化的植物叶片表面，容易影响植物正常生长。已有柔性湿度传感材料聚焦于聚合物、碳基材料和金属氧化物体系，材料制备多依赖有机溶剂且在复杂农业环境下长期稳定性有待提升。因此，开发兼具高灵敏度、快速响应、环境友好及植物适配的湿度传感器是植物可穿戴电子领域亟需解决的关键问题。
针对上述问题，研究团队提出了一种绿色、高效的无铅钙钛矿基柔性湿度传感策略。研究以无铅钙钛矿MA2SnCl6为核心敏感材料，该材料采用绿色水相两步合成方法制备，避免了传统制备过程中常用的DMF、DMSO等有机溶剂。进一步通过NH3·H2O处理调控材料生长过程，在钙钛矿表面形成钙钛矿/氯化铵杂化结构，构建了具有介孔特征的双层异质结构，增加了水分子可接触区域和有效吸附位点。研究发现，在低湿环境下，传感器件主要依赖钙钛矿内部电子传输产生响应。随着湿度增加，材料吸附水分子形成连续水合传输网络，促进质子迁移，离子传输逐渐增强，实现电子离子协同导电，从而产生高效湿度响应。基于材料结构和传输机制的协同优化，柔性湿度传感器表现出优异的检测性能，实现了5.4×105的湿度响应灵敏度，响应和恢复时间分别达到37 s和19 s，传感器展现出良好的循环稳定性、长期储存稳定性以及抗弯曲、抗光照干扰能力。
湿度传感器的核心敏感材料制备过程示意图及在低湿度和高湿度下的响应机制
研究团队将器件集成于南瓜幼苗叶片表面，实现了植物叶片微环境湿度的原位动态监测。结果表明，传感器输出信号能够有效反映植物水分变化，并与气孔开度、可溶性糖和蛋白质含量等传统植物生理指标表现出良好的相关性，实现了无损的水分状态评估。该研究推动了植物可穿戴传感技术从实验室研究向智慧农业应用的发展，为未来构建作物精准感知提供了重要的技术支撑。
不同干旱胁迫情况下的南瓜幼苗湿度监测及部分生理信息
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2026.140522
来源: 华中农业大学
