Новый датчик почвы может повысить эффективность удобрения сельскохозяйственных культур
Измерение температуры и уровня азота в почве важно для сельского хозяйства, но раздельное их обнаружение является сложной задачей. Хуаньюй "Ларри" Ченг, адъюнкт-профессор инженерной науки и механики в Penn State, возглавил разработку мультипараметрического датчика, который может эффективно разделять сигналы температуры и азота для точного измерения каждого параметра. Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.
Для эффективного внесения удобрений необходим непрерывный мониторинг состояния почвы в реальном времени, особенно использования азота и температуры почвы. Это важно для оценки здоровья растений, снижения загрязнения окружающей среды и развития устойчивого и точного земледелия.
Использование азота в качестве удобрения — обычная практика. Цель — применить оптимальное количество для максимальной урожайности. Слишком мало азота снижает урожай, а слишком много приводит к:
Точное обнаружение уровня азота (в частности, его потерь в форме газа) помогает фермерам достигать оптимальных уровней удобрения.
Рост растений также зависит от температуры, которая влияет на физические, химические и микробиологические процессы в почве. Непрерывный мониторинг позволяет фермерам разрабатывать стратегии при неблагоприятных температурах.
Проблема в том, что газы, температура и колебания относительной влажности изменяют показания сопротивления датчика, что не позволяет их различить. Сенсорные механизмы, способные независимо измерять азот и температуру, встречаются редко.
Команда Ченга разработала высокопроизводительный датчик для полного разделения детектирования потерь азота и температуры почвы. Мультипараметрический датчик основан на пене лазерно-индуцированного графена, легированной оксидом ванадия.
- Оксид ванадия может адсорбировать и взаимодействовать с азотными газами.
- Легирование металлокомплексами в графене также повышает адсорбцию газа и чувствительность детектирования.
Датчик инкапсулирован мягкой мембраной, которая блокирует проникновение азотного газа, поэтому он реагирует только на изменения температуры. Кроме того, инкапсуляцию можно удалить и использовать датчик при повышенной температуре. Это устраняет влияние влажности и температуры почвы, позволяя точно измерить содержание азотного газа.
Комбинация инкапсулированного и неинкапсулированного датчика позволяет полностью разделить сигналы температуры и азота без взаимных помех.
Эта способность одновременно обнаруживать сверхнизкие концентрации оксидов азота и малые изменения температуры открывает путь для создания будущих мультимодальных электронных устройств с раздельными сенсорными механизмами для точного земледелия, мониторинга здоровья и других применений.