在设施农业生产中,实现栽培基质离子浓度在线检测是推进我国栽培自动化智能化的基础之一。课题组针对栽培基质p H值在线检测过程中,电极周围水分不足,电极表面难以形成饱和的氢离子溶液,导致检测准确性差的难题,提出构建集成仿生传感器（IBS）。通过仿生叶和仿生根收集空气和土壤中的水分储存起来,在线检测时为电极周围补充水,形成检测所需要的离子溶液。本文综合目前仿生集水表面研究,通过理论分析和试验研究的方法,构建用于捕获空气中水雾的仿生叶集水表面,研究表面制备的工艺参数、表面结构参数对集水性能的影响。主要研究内容及结论如下:（1）仿生叶集水表面的结构设计及集水性能影响因素理论分析:通过研究动植物表面和非均匀润湿性表面的集水机理,设计了一种具有非均匀润湿性的仿生沙漠甲虫集水表面。该集水表面由正方形亲水矩阵和疏水通道构成。根据表面润湿性的基础理论模型中的Wenzel模型分析得出,疏水通道宽度与亲水正方形边长的比值越大,集水表面集水速率越高。此外,根据实际农业生产环境特点分析得到,空气中水雾成分和p H值等会影响表面的集水性能,并且酸性、碱性条件时表面会受到一定的腐蚀,导致表面微结构发生变化,进而导致表面集水性能下降。（2）仿生叶集水表面的制备及性能表征测试:基于磁控溅射和化学腐蚀法制备仿生叶集水表面。首先在玻璃基底上采用涂覆方法制备疏水PDMS及超疏水NC-317涂层,并使用目数为200～500的不锈钢网掩膜处理,然后采用磁控溅射法在该表面上制备亲水性的Ti矩阵;最后经过Na OH腐蚀处理,制备出具有超亲水性的Ti O2矩阵表面,形成具有非均匀润湿性集水表面。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）、接触角测量等方法对比观察与测试分析,确定得到制备工艺合适参数是:磁控溅射镀膜厚度为150nm,Na OH碱腐蚀的时间为30min,浓度为6mol/L。根据润湿性的不同,分别制备了亲水-疏水、超亲水-疏水、亲水-超疏水、超亲水-超疏水四种非均匀润湿性的仿生叶集水表面。（3）仿生叶集水表面集水性能及稳定性试验:参考目前测量非均匀润湿性表面集水速率的试验方法,对四种仿生叶集水表面试件进行集水测试,试验得出:超亲水-超疏水表面具有最高的集水速率,且掩膜板目数越高集水速率越大,最大可以达到3.455g cm-2 h-1。通过对p H值为4和p H值为11的酸、碱环境中集水试验得出,仿生叶集水表面的集水速率与中性环境时基本一致,但连续集水7天后,集水速率会因为表面微结构的破坏和表面物质的残留而降低。对室外环境下放置8周的仿生叶表面集水性能测试得到:表面可以在3周内保持较好的集水速率,在6周时依然可以达到集水速率的最低要求(1.47 g cm-2 h-1),7-8周后集水速率下降到1.1 g cm-2 h-1左右。通过SEM、XPS等方法测试表明,导致集水性能下降的主要原因是表面微结构受到一定程度破坏,且厚度变薄,杂质、有机物的附着,以及超疏水性的失效等。本文提出了一种制备仿生叶集水表面的方法,能够有效收集空气中的水雾并且具有较好的稳定性,可以为栽培基质p H值传感器的仿生叶提供充足的水分来源,有助于解决电极周围水分不足导致测量准确度低的问题。在此基础上,研究了导致集水表面集水性能下降的原因,在一定程度上弥补了目前研究中的不足之处,为进一步研制仿生叶及集成仿生传感器提供理论基础及试验依据。