基于熱電效應(yīng)的溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的設(shè)計與制備

王亞玲，賈樹恒，馮朝嶺，谷小青，李聰，林新然，袁超，李輝，譚明

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河南 鄭州 450002)

隨著智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，能夠提供可持續(xù)、穩(wěn)定的自供電傳感技術(shù)備受關(guān)注[1-4]。在溫室大棚中土壤溫度過高或過低都會影響農(nóng)作物的正常生長，若不能及時監(jiān)控大棚土壤溫度，可能會導(dǎo)致農(nóng)作物枯萎或者產(chǎn)量過低，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失。溫室大棚土壤溫度的有效監(jiān)控是判斷農(nóng)作物正常生長的重要依據(jù)[5-8]。目前，人們通過經(jīng)驗對溫室大棚溫度土壤進(jìn)行管理，然而這種方法不僅需要農(nóng)民具有較強的感知判斷能力，而且會因控溫不準(zhǔn)確導(dǎo)致大量時間被浪費，間接造成較大經(jīng)濟損失[9-12]。為了精準(zhǔn)控制土壤溫度，各種溫度傳感器開始被研究[13-14]。然而，目前報道的溫度傳感器需要定期更換電池或者周期性充電，給溫室大棚的智能控制帶來不便。此外，雖然一些新能源開始應(yīng)用于供電溫度傳感器，但是在實際應(yīng)用中均有弊端，比如風(fēng)能受到自然風(fēng)的限制，太陽能受到光照的影響，摩擦電和壓電受到運動的約束[15-18]。熱電器件是通過集成熱電材料和電極，利用材料的熱電效應(yīng)將環(huán)境中的熱能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)可持續(xù)的穩(wěn)定信號輸出[19-21]。當(dāng)溫室大棚的溫度穩(wěn)定，將熱電器件的熱端與土壤接觸，同時另一端懸空在環(huán)境中，便可以實現(xiàn)實時自供電監(jiān)測土壤溫度。ZHU等[22]通過涂膜法將聚苯胺薄膜材料制備在聚偏二氟乙烯基底上，磁控濺射的銅薄膜作為導(dǎo)電電極實現(xiàn)自供電的溫度傳感器設(shè)計；然而由于有機聚苯胺薄膜材料的熱電性能比較低，這導(dǎo)致溫度傳感器靈敏度僅為45.5 μV·K-1，遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)業(yè)土壤溫度監(jiān)測的需求?；陧诨G基熱電材料在室溫下具有較高的熱電性能[23]，這使得高性能高靈敏度溫度傳感器的制備成為現(xiàn)實。TAN等[24-25]通過高真空蒸鍍技術(shù)制備了P型Bi0.5Sb1.5Te3薄膜材料，其室溫Seebeck系數(shù)高達(dá)354 μV·K-1，功率因子高達(dá)36 μW·cm-1·K-2；制備的n-Bi2Te2.7Se0.3薄膜材料的室溫Seebeck系數(shù)約為240 μV·K-1，功率因子高達(dá)45 μW·cm-1·K-2，但是該高性能材料還未實現(xiàn)溫度傳感器的應(yīng)用。本文通過ANSYS模擬仿真優(yōu)化基于碲化鉍基熱電器件的結(jié)構(gòu)，獲得制備基于熱電效應(yīng)的土壤溫度傳感器的最佳工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，通過磁控濺射圖案化沉積碲化鉍基熱電材料及銅電極材料，集成基于熱電效應(yīng)的高靈敏度的溫室大棚土壤溫度傳感器，并對其溫度傳感區(qū)域進(jìn)行高導(dǎo)熱硅脂封裝，研究傳感器的溫度傳感性能，對于突破農(nóng)業(yè)自供電傳感技術(shù)、促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚經(jīng)濟的快速發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 溫室大棚自供電土壤溫度傳感材料的表征與性能測試

傳感材料表征：通過X射線衍射儀(Rigaku D/MAX 2200 PC，日本理學(xué)電機株式會社)對自供電溫度傳感薄膜材料進(jìn)行X射線衍射(X-ray diffraction，XRD)。選擇θ～2θ對稱衍射模式，2θ步長0.02°，2θ掃描速度6 °·min-1，X射線源為銅靶，激發(fā)波長λ=0.154 056 nm，衍射角范圍是5°～90°。根據(jù)Jade軟件中材料對應(yīng)的卡片(JCPDS 15-0863 和JCPDS 15-0874)分析其晶體結(jié)構(gòu)。通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡(Siron 200，美國FEI公司)觀察自供電溫度傳感薄膜材料的表面和斷面。其中，工作電壓10 kV，放大倍數(shù)300～80 000倍。

傳感材料熱電性能測試：自供電溫度傳感薄膜材料的Seebeck系數(shù)和電導(dǎo)率通過熱電性能測試儀 (ZEM-3，Ulvac Riko,Inc，日本ULVAC Riko公司) 測試。通過該系統(tǒng)軟件設(shè)置5個測試溫度，分別是30、60、90、120、150 ℃。測試前需測試樣品的伏安曲線，以保證薄膜樣品與電極間形成歐姆接觸。測試過程中，樣品在氦(He)氣氛的保護下，加熱到測試溫度，并達(dá)到穩(wěn)定，之后通過局部加熱使樣品一端的溫度上升，這樣樣品的兩端便建立微小的溫差，系統(tǒng)自動記錄該溫度下的Seebeck系數(shù)和電導(dǎo)率的值。

1.2 溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的模擬仿真

通過ANSYS 19.2有限元仿真軟件建立基于熱電器件的土壤溫度傳感器模型。在模擬仿真過程中，Bi2Te3、Sb2Te3、Cu電極和基底的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率及Seebeck系數(shù)等參數(shù)如表1所示。其中，空氣的對流系數(shù)設(shè)為1 W·K-1·m-1，空氣溫度設(shè)置為27 ℃。在熱電耦合分析中，采用熱電耦合方程求解[26]，其方程如下所示：

表1 有限元模擬仿真中使用的相關(guān)物性參數(shù)

(1)

固體元素選擇ANSYS中的226單元進(jìn)行熱電耦合場分析，包括焦耳傳熱分析(Peltier效應(yīng))和熱電效應(yīng)分析(Seebeck效應(yīng))。采用單自由度(溫度)固體90單元分析三維熱分布，通過Circu124單元進(jìn)行電路仿真，使用APDL(ANSYS參數(shù)設(shè)計語言)編譯程序代碼并完成熱電薄膜模塊的數(shù)值模擬。

1.3 溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的基底結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬仿真

按照1.2設(shè)置的參數(shù)分別建立有基底和基底中間鏤空的溫度傳感器模型，其中基底厚度為0.3 mm，基底鏤空處理的圓半徑為7.5 mm。分別在有基底的溫度傳感模型內(nèi)圈電極及其中間區(qū)域和基底中間鏤空的溫度傳感模型的內(nèi)圈電極位置施加熱源熱流密度1 000 W·m-2。按1.2的計算過程，分別獲得基底不同結(jié)構(gòu)設(shè)計的溫度傳感器的溫度分布云圖。

1.4 溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的基底厚度模擬仿真

按照1.2設(shè)置的參數(shù)分別建立基底厚度為0.3、0.5、1.0 mm的溫度傳感器模型，對基底中間鏤空處理，且熱端電極內(nèi)徑為7.5 mm。分別在不同基底厚度的溫度傳感器模型內(nèi)圈電極位置施加熱源熱流密度1 000 W·m-2。按1.2的計算過程，分別獲得不同基底厚度的溫度傳感器的溫度分布云圖。

1.5 溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的熱端電極內(nèi)徑模擬仿真

按照1.2設(shè)置的參數(shù)分別建立熱端電極內(nèi)徑為7.5、6.5、5.5 mm的溫度傳感器模型，基底厚度為0.3 mm，基底中間鏤空。分別在不同熱端電極內(nèi)徑的溫度傳感器模型內(nèi)圈電極位置施加熱源熱流密度1 000 W·m-2。按1.2的計算過程，分別獲得不同熱端電極內(nèi)徑的溫度傳感器的溫度分布云圖。

1.6 溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的設(shè)計

圖1為溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的設(shè)計圖。將封裝后的36對p-n結(jié)熱電器件放置溫室大棚中。其中，熱電器件的中間區(qū)域為溫度敏感區(qū)域，采用高導(dǎo)熱硅膠作為封裝材料，該封裝材料具有柔韌性和適當(dāng)?shù)恼承钥膳c土壤緊密接觸。電極的外延部分與土壤懸空，直接與空氣接觸，可作為溫室大棚的內(nèi)部溫度。根據(jù)熱電器件的Seebeck效應(yīng)，當(dāng)溫室大棚溫度一定，可求得土壤溫度。

圖1 溫室大棚自供電溫度傳感器的設(shè)計

VT=K×(T-T0)

(2)

T=VT/K+T0

(3)

式中：VT是基于熱電器件的土壤溫度傳感器的輸出電壓；K是基于熱電效應(yīng)的土壤溫度傳感器的靈敏度；T是土壤溫度傳感器的敏感區(qū)域得到的溫度，即土壤溫度；T0為溫室大棚的溫度。

1.7 溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的制備

通過CAD設(shè)計不同尺寸和圖案的掩膜版，經(jīng)圖案化沉積制備36對p-n結(jié)熱電器件。如圖2所示，首先將PI基底通過蒸餾水、丙酮及乙醇依次超聲清洗10 min，用氮氣吹干備用。在磁控濺射系統(tǒng)(沈陽鵬程真空技術(shù)有限公司)中依次濺射n-Bi2Te3、p-Bi2Te3和Cu電極材料(靶材純度均為99.99%，直徑為50 mm，均購于有研資源環(huán)境技術(shù)研究院北京有限公司)。其中，n-Bi2Te3薄膜材料濺射參數(shù)：Bi2Te3靶直流濺射功率為20 W，Te靶射頻濺射功率為16 W，濺射溫度為350 ℃，濺射氣壓2.0 Pa，濺射時間3.5 h；p-Sb2Te3薄膜材料濺射參數(shù)：Sb2Te3靶直流濺射功率為20 W，Te靶射頻濺射功率為28 W，濺射溫度為350 ℃，濺射氣壓2.0 Pa，濺射時間3.5 h；Cu電極的濺射參數(shù)是直流濺射功率為25 W，濺射溫度為200 ℃，濺射氣壓1.5 Pa，濺射時間2 h。磁控濺射所有材料過程均在真空氣壓為5×10-4Pa開始進(jìn)行進(jìn)氬氣操作。然后將沉積的熱電器件通過圓形推刀割圓工具(FV2DV_1624294732054，PAMPAS/潘帕斯)切割熱電器件中間部分，實現(xiàn)熱電器件中間基底鏤空。最后，通過高導(dǎo)熱硅膠(3 mm)封裝熱電器件中間電極及鏤空位置，獲得溫度傳感器敏感區(qū)域。

圖2 溫室大棚自供電溫度傳感器的制備

1.8 溫室大棚自供電土壤溫度傳感器性能測試

將加熱片(直徑16.5 mm，購買于廣州市北龍電子有限公司)放置基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器的熱端(敏感區(qū)域)，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源(MS-603D，東莞邁豪電子科技有限公司)的電壓，實現(xiàn)加熱片溫度調(diào)控，獲得基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器熱端穩(wěn)定的熱源，熱端溫度在30～150 ℃，室溫溫度為25.0 ℃，使得熱電器件建立不同的溫差，溫差范圍在5～80 K。溫室大棚自供電土壤溫度傳感器在每個溫差下的開路電壓信號通過數(shù)字源表(吉時利2400，北京漢雷科技有限公司)測得。將加熱片的溫度設(shè)置在26.5 ℃，對溫度傳感器敏感區(qū)域加載/不加載，通過數(shù)字萬用表(吉時利DMM6500，北京漢雷科技有限公司)記錄傳感電壓信號。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室大棚自供電土壤溫度傳感材料的微觀結(jié)構(gòu)及物相分析

通過X射線衍射分別分析沉積的n-Bi2Te3和p-Sb2Te3薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，如圖3所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖案(JCPDS 15-0863 和JCPDS 15-0874)，Bi2Te3和Sb2Te3的最強峰分別是在27.66°和28.24°，為柱狀晶體結(jié)構(gòu)的特征峰。其中，Bi2Te3薄膜中強度較小的峰出現(xiàn)在50.31°和57.13°，而Sb2Te3薄膜中強度較小的峰出現(xiàn)在38.28°和58.43°，表明這2種自供電土壤溫度傳感材料整體上均呈柱狀結(jié)構(gòu)生長。此外，圖3-a和圖3-b中均有強而尖銳的峰。

圖3 自供電溫度傳感薄膜材料X射線衍射

圖4是制備的n-Bi2Te3和p-Sb2Te3熱電薄膜材料微觀掃描結(jié)果。圖4-a為n-Bi2Te3薄膜表面掃描圖，可知該薄膜是通過多尺度的納米顆粒堆積而成，且顆粒緊密，大小不均一，約為100～600 nm。圖4-b為n-Bi2Te3薄膜斷面掃描圖，可知Bi2Te3薄膜材料呈柱狀生長，且柱與柱之間排列致密，這與其XRD圖譜的結(jié)果一致。圖4-c為p-Sb2Te3薄膜表面掃描圖，該結(jié)構(gòu)呈麥穗狀多級次顆粒堆積，顆粒大小均勻，每個顆粒寬約100 nm，長約250 nm。圖4-d為p-Sb2Te3薄膜斷面掃描圖，可知該薄膜呈柱狀生長，薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密排列，這與其XRD圖譜的結(jié)果一致。這種具有多尺度和多級次柱狀結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)載流子和聲子的限域效應(yīng)，獲得納米晶之間的無序晶面，對載流子輸運具有能量過濾效應(yīng)，同時可實現(xiàn)高密度納米界面對聲子的散射作用，有利于降低材料熱導(dǎo)率，這是實現(xiàn)電輸運性能協(xié)調(diào)優(yōu)化的有效手段。

圖4 自供電溫度傳感薄膜材料的表面和斷面

圖5是制備的n-Bi2Te3和p-Sb2Te3熱電薄膜材料隨溫度變化的熱電性能結(jié)果。圖5-a為2種薄膜材料隨溫度變化的Seebeck系數(shù)。隨著溫度的升高，2種薄膜材料的Seebeck系數(shù)均升高，并且p-Sb2Te3比n-Bi2Te3變化更明顯，表明p-Sb2Te3比n-Bi2Te3受溫度影響更大。但是，2種薄膜材料在30～90 ℃下受溫度影響幅度較小。在溫度為30～90 ℃時，n-Bi2Te3的Seebeck系數(shù)在-130.4～-134.5 μV·K-1變化，而p-Sb2Te3的Seebeck系數(shù)在140.0～152.0 μV·K-1變化，這表明2種材料在低溫下區(qū)域Seebeck系數(shù)比較穩(wěn)定，適用于準(zhǔn)確測試種植農(nóng)作物的土壤溫度。從圖5-b可以看出，2種薄膜材料導(dǎo)電率均比較高，這得益于熱電材料的結(jié)晶度高，且與材料微觀結(jié)構(gòu)和XRD圖譜結(jié)果一致。隨著溫度升高，2種薄膜材料的導(dǎo)電率先穩(wěn)定后緩慢下降，展現(xiàn)出低溫區(qū)材料導(dǎo)電率的穩(wěn)定性。圖5-c為2種薄膜材料隨溫度變化的功率因子曲線。p-Sb2Te3的功率因子比n-Bi2Te3的功率因子高，這主要是因為功率因子的大小與Seebeck系數(shù)的平方成正比，而同時p-Sb2Te3的Seebeck系數(shù)比n-Bi2Te3的Seebeck系數(shù)高，所以功率因子變化趨勢與Seebeck系數(shù)的較為相似。其中，n-Bi2Te3的室溫功率因子為15.8 μW·cm-1· K-2，p-Sb2Te3的室溫功率因子為28.4 μW·cm-1·K-2。

注：(a)塞貝克系數(shù);(b)電導(dǎo)率;(c)功率因子。

2.2 溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的結(jié)構(gòu)仿真優(yōu)化

基底是為了支撐熱電器件中熱電材料及電極等相關(guān)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)基于熱電效應(yīng)的土壤溫度傳感器的設(shè)計與制備。作為大型熱旁路，當(dāng)熱流流過熱電器件時基底也造成了相應(yīng)的熱能的損失，這導(dǎo)致熱電器件性能降低。因此，研究基底的不同處理對薄膜熱電器件上溫度分布的影響是有必要的。圖6為對基底不同處理下土壤溫度傳感器溫度分布云圖。當(dāng)仿真模擬負(fù)載條件一致，基底中間不處理時，熱電器件熱端溫度最高到326.6 K，冷端最低到312.2 K。但是將基底中間鏤空制備的熱電器件，熱端溫度可達(dá)372.8 K，冷端溫度低至301.8 K，比基底中間不處理時熱電器件溫差建立的更大，這表明基底作為熱旁路對熱電器件大溫差的建立是不利的因素。由于越容易建立溫差，基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器測溫越精度越高。因此，采用基底中間鏤空方法制備熱電器件。

注：(a)有基底；(b)中間鏤空。不同顏色表示不同溫度。下同。

圖7為不同基底厚度的基于熱電效應(yīng)的土壤溫度傳感器溫度分布云圖。當(dāng)熱流一致時，隨著基底厚度的降低(0.3～1.0 mm)，基于熱電器件溫度傳感器的溫度梯度增大。根據(jù)傳熱學(xué)理論[26]，減小基底的厚度，有助于基底熱阻的增大。熱流的傳導(dǎo)阻力變大，有利于熱量在熱電器件的中間區(qū)域聚集，從而使得熱電器件的熱端溫度大大提升，最終實現(xiàn)大的溫差的建立。

注：(a)基底厚度為1 mm；(b)基底厚度為0.5 mm；(c)基底厚度為0.3 mm。

圖8為不同熱端電極內(nèi)徑的基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器的溫度和開路電壓分布云圖。隨著熱端電極的內(nèi)徑增加(5.5～7.5 mm)，基于熱電器件的溫度傳感器的溫差及開路電壓越大。這是因為當(dāng)熱電器件接觸熱源時，熱端電極的內(nèi)徑增加，從而導(dǎo)致熱端接觸熱源面積增大，熱損失減少，導(dǎo)致大溫差的建立。當(dāng)溫差增大時，熱電器件的開路電壓增大，因此熱電器件的開路電壓隨不同熱端電極內(nèi)徑的增大而增加。實現(xiàn)大溫差的建立及大開路電壓是實現(xiàn)高性能溫度傳感器的重要條件，所以選擇熱端電極內(nèi)徑為5.5 mm的中間基底鏤空，基底厚度為0.3 mm的熱電器件的制備方法。

注： (a)(d) 熱端電極的內(nèi)徑為7.5 mm；(b)(e) 熱端電極的內(nèi)徑為6.5 mm；(c)(f) 熱端電極的內(nèi)徑為5.5 mm。

2.3 溫室大棚自供電土壤溫度傳感性能研究

圖9為溫室大棚自供電土壤溫度傳感器的傳感性能測試。如圖9-a所示，基于熱電效應(yīng)的自供電土壤溫度傳感器在不同溫差下的I-V曲線相互平行，表明該傳感器在不同溫差下內(nèi)阻穩(wěn)定不變，展現(xiàn)器件良好的熱穩(wěn)定性。圖9-b為自供電土壤溫度傳感器的靈敏度測試。從圖中可以看出，傳感器的開路電壓與熱電器件的溫差成正比，滿足關(guān)系式V=5.317ΔT，即該傳感器的靈敏度可達(dá)5.317 mV·K-1。因此，土壤溫度傳感器的溫度與電信號可滿足T=V/5.317-T0，當(dāng)大棚中溫度已知，土壤溫度即可通過基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器測得。圖9-c和圖9-d為基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器的傳感信號。如圖9-c所示，當(dāng)溫室溫度為25.0 ℃時，用溫度為26.5 ℃加熱片對基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器敏感區(qū)域進(jìn)行接觸和遠(yuǎn)離操作，發(fā)現(xiàn)該器件傳感信號穩(wěn)定。如圖9-d所示，將基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器的正負(fù)極進(jìn)行對調(diào)，發(fā)現(xiàn)熱電器件的傳感信號與之前相反，但是傳感信號依然穩(wěn)定，這表明基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器的敏感區(qū)域既可以作為冷端溫度也可以作為熱端溫度，展現(xiàn)出基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器對土壤溫度的靈活準(zhǔn)確測試。

注： (a) 土壤溫度傳感器的開路電壓測試；(b)溫度傳感器的靈敏度測試；(c)25.0 ℃溫度傳感器的傳感信號測試；(d) 26.5 ℃溫度傳感器的傳感信號測試。

3 結(jié)論與討論

熱電材料的性能是決定基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器性能高低的重要因素。本試驗中，n-Bi2Te3和p-Sb2Te3薄膜的結(jié)晶度很高，這有利于自供電土壤溫度傳感薄膜材料載流子的遷移，提高二維薄膜材料的導(dǎo)電性，降低其熱導(dǎo)率，從而提高自供電傳感材料的熱電性能，實現(xiàn)基于熱電效應(yīng)的高性能土壤溫度傳感器的制備。n-Bi2Te3的室溫Seebeck系數(shù)為-130.4 μV·K-1，p-Sb2Te3的室溫Seebeck系數(shù)為140.0 μV·K-1，均高于有機材料的熱電性能[22]，這有利于提高基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器靈敏度。這是因為材料的Seebeck系數(shù)是表示在1 K溫差下材料的產(chǎn)生的開路電壓。當(dāng)材料的Seebeck系數(shù)比較高時，由多對熱電臂構(gòu)成的溫度傳感器在1 K溫差下產(chǎn)生較高的開路電壓，進(jìn)而提高傳感器的靈敏度。

當(dāng)熱電材料性能一定時，通過熱電器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是提高基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器的另一種有效方式。在本研究中，通過ANSYS模擬仿真優(yōu)化表明，基于熱電效應(yīng)的溫度傳感器中間區(qū)域基底鏤空、基底厚度越薄和熱端電極的內(nèi)徑越小均有利于基于熱電效應(yīng)的溫差建立，獲得較大開路電壓，有利于高性能的溫度傳感器的制備。這是因為基底作為熱旁路對熱電器件大溫差的建立是不利的因素，減小基底的厚度，有利于熱量在熱電器件的中間區(qū)域聚集，熱端電極的內(nèi)徑增加，導(dǎo)致熱端接觸熱源面積增大，熱損失減少，最終實現(xiàn)大的溫差建立。因此，采用基底中間鏤空設(shè)計，基底厚度為0.3 mm，熱端電極內(nèi)徑為5.5 mm的最佳優(yōu)化條件獲得土壤溫度傳感器。

本試驗通過磁控濺射圖案化沉積基于碲化鉍基自供電土壤溫度傳感器，該傳感器的輸出電壓與溫差呈線遞增，這是因為制備的熱電材料的Seebeck系數(shù)在30～150 ℃溫度范圍下比較穩(wěn)定，而測試的傳感器靈敏度也是在30～150 ℃的溫度范圍內(nèi)測試的，且Seebeck系數(shù)與溫差成正比。該傳感器的靈敏度高達(dá)5.317 mV·K-1，優(yōu)于目前報道的溫度傳感器的性能[27]。該基于熱電效應(yīng)的溫室大棚土壤溫度傳感器具有可靈活穩(wěn)定且準(zhǔn)確監(jiān)測土壤溫度的能力，這為農(nóng)業(yè)自供電電子器件的制備提供理論依據(jù)，促進(jìn)了智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。