DOI: 10.1021/acsami.3c01789

叶片电容可以反映植物的含水量。然而，用于叶片电容监测的刚性电极可能会影响植物的健康状况。在此，本研究通过在叶片上原位静电纺丝聚乳酸纳米纤维膜（PLANFM），在PLANFM上喷涂一层碳纳米管膜（CNTM），以及在CNTM上原位静电纺丝PLANFM来制备一种自粘、防水、透气电极。由于PLANFM和叶片上的电荷，电极可以通过静电粘附自粘附到叶片上，从而形成电容传感器。与转移法制备的电极相比，原位制备的电极对植物生理参数没有明显影响。在此基础上，开发了一种无线叶片电容传感系统，在受干旱胁迫的第一天检测到了植物水分状况的变化，这比直接观察植物外观要早得多。这项工作为使用植物可穿戴电子设备实现无创和实时的压力检测铺平了一条新的道路。

图1.CP电极的表征。（a）CP电极的制造工艺。（b）叶片电容传感器的型号。（c）PLANFM的自粘性表征。（d）CP电极的数字图像。（e）CP电极的微观结构和水接触角。（f）CP电极在不同状态下的I-V曲线，弯曲度：20%。（g）循环弯曲试验下CP电极的相对电阻变化（弯曲度：20%）。（h）平行板电容传感器在不同相对湿度下的相对电容变化。传感器是通过在介电层（即硅橡胶载玻片）的两侧形成CP电极来构建的。

图2.PCP电极的表征。（a）PCP电极示意图。（b）不同相对湿度下静电纺丝时间对基于PCP电极的电容传感器的传感稳定性的影响。（c和d）PCP电极的俯视图和横截面图像；c中的插图是PCP电极的水接触角。（e）CP和PCP电极的I-V曲线。（f）基于CP和PCP电极的传感器监测的电容比较。（g）基于CP和PCP电极的传感器的相对电容变化。（h）传感器的重复性。（i）从基于PCP电极和Cu电极的传感器获得的电容值的比较，插图：0至60pF范围的电容值比较。

图3.叶片电容监测。（a和b）数字图像显示连接在叶片表面的PCP电极，并且正在测量叶片电容。（c和d）绿萝的叶片电容和相对电容变化。（e和f）叶片在白天和晚上的气孔形态。（g）叶片在白天和晚上的气孔开度。（h和i）叶片在白天和晚上的净光合作用速率（Pn）和蒸腾速率（Ts）。

图4.植物健康状况评估。（a）在绿萝叶片上制造PCP电极之前和之后的净光合作用速率（Pn）。电容监测期间叶片不同区域的（b）氮含量、（c）叶绿素含量和（d）厚度的变化。（e）有电极的区域和（f）叶片其他区域的气孔形态。（g和h）叶片不同区域的气孔开度。注：选择10个样本进行观察，每个测试日随机选择一个样本。（i）去除PCP电极（叶片上部）和CNTM/PLANFM电极（叶片下部）后的叶片外观。

图5.通过叶片电容监测实时检测干旱胁迫。（a）数字图像显示通过实时传感系统正在测量叶片电容。（b）通过实时传感系统测量正常条件下的叶片电容。（c）干旱胁迫下的叶片电容（第0天，在正常条件下；第1-4天，在干旱胁迫下）。（d）干旱胁迫期间的含水量损失。（e）干旱胁迫期间相对电容变化与含水量损失之间的拟合曲线。（f）干旱胁迫下的叶片厚度。（g）在正常条件和干旱胁迫下（第4天），绿萝叶片的气孔开度。（h）干旱胁迫下绿萝叶片的叶绿素和氮含量。（i）干旱胁迫下一绿萝叶片的Pn和Ts。