Shuohao Cai, in promovendus yn boaiemwittenskip, pleatst in sensorstôk mei in multifunksjonele sensorsticker dy't mjittingen op ferskate djipten yn 'e boaiem mooglik makket by it Agricultural Research Station fan 'e Universiteit fan Wisconsin-Madison Hancock.
MADISON — Yngenieurs fan 'e Universiteit fan Wisconsin-Madison hawwe goedkeape sensoren ûntwikkele dy't trochgeande, real-time monitoring fan nitraat yn gewoane boaiemtypen yn Wisconsin kinne leverje. Dizze printe elektrochemyske sensoren kinne boeren helpe om better ynformearre besluten te nimmen oer fiedingsstoffenbehear en ekonomyske foardielen te realisearjen.
"Us sensoren kinne boeren in better begryp jaan fan 'e fiedingsstatus fan har boaiem en de hoemannichte nitraat dy't beskikber is foar har planten, wêrtroch't se krekter kinne beslute hoefolle dongstof se eins nedich binne," sei Joseph Andrews, assistint-heechlearaar oan 'e Harvard University. De stúdzje waard laat troch de School of Mechanical Engineering oan 'e Universiteit fan Wisconsin-Madison. "As se de hoemannichte dongstof dy't se keapje ferminderje kinne, kinne de kostenbesparrings signifikant wêze foar gruttere pleatsen."
Nitraten binne in essensjele fiedingsstof foar gewaaksgroei, mar tefolle nitraten kinne út 'e boaiem útspoele en yn it grûnwetter telâne komme. Dit soarte fersmoarging is skealik foar minsken dy't fersmoarge putwetter drinke en is skealik foar it miljeu. De nije sensor fan 'e ûndersikers koe ek brûkt wurde as in ark foar lânbouûndersyk om nitraatútspoeling te kontrolearjen en bêste praktiken te ûntwikkeljen foar it ferminderjen fan de skealike effekten.
Hjoeddeiske metoaden foar it kontrolearjen fan boaiemnitraat binne arbeidsyntinsyf, djoer en leverje gjin real-time gegevens. Dêrom hawwe printe elektroanika-ekspert Andrews en syn team in bettere, minder djoere oplossing makke.
Yn dit projekt brûkten de ûndersikers in inkjetprintproses om in potensiometryske sensor te meitsjen, in soarte tinne-film elektrogemyske sensor. Potensiometryske sensoren wurde faak brûkt om nitraat yn floeibere oplossingen sekuer te mjitten. Dizze sensoren binne lykwols oer it algemien net geskikt foar gebrûk yn boaiemomjouwings, om't grutte boaiemdieltsjes de sensoren kinne krassen en krekte mjittingen foarkomme kinne.
"De wichtichste útdaging dy't wy besochten op te lossen wie om in manier te finen om dizze elektrochemyske sensoren goed te wurkjen te krijen yn rûge boaiemomstannichheden en nitratioanen sekuer te detektearjen," sei Andrews.
De oplossing fan it team wie om in laach polyvinylideenfluoride op 'e sensor te pleatsen. Neffens Andrews hat dit materiaal twa wichtige skaaimerken. Earst hat it tige lytse poaren, sawat 400 nanometer grut, dy't nitratioanen trochlitte kinne wylst se boaiemdieltsjes blokkearje. Twadder is it hydrofiel, dat wol sizze, it lûkt wetter oan en absorbearret it as in spons.
"Dus elk nitraatryk wetter sil by foarkar yn ús sensoren sipelje, wat echt wichtich is, om't boaiem ek as in spons is en jo sille de striid ferlieze yn termen fan focht dat yn 'e sensor komt as jo net deselde wetteropname kinne krije. Boaiempotinsjeel," sei Andrews. "Dizze eigenskippen fan 'e polyvinylideenfluoridelaach meitsje it mooglik om nitraatryk wetter te ekstrahearjen, it nei it sensoroerflak te leverjen en nitraat sekuer te detektearjen."
De ûndersikers hawwe har foarútgong detaillearre yn in artikel publisearre yn maart 2024 yn it tydskrift Advanced Materials Technology.
It team testte harren sensor op twa ferskillende boaiemtypen dy't ferbûn binne mei Wisconsin - sângrûn, gewoan yn noard-sintraal dielen fan 'e steat, en slykige leemgrûn, gewoan yn súdwestlik Wisconsin - en fûn dat de sensoren krekte resultaten produsearren.
De ûndersikers yntegrearje no harren nitraatsensor yn in multifunksjoneel sensorsysteem dat se in "sensorsticker" neame, wêrby't trije ferskillende soarten sensoren mei in kleeffolie op in fleksibel plestik oerflak monteard binne. De stickers befetsje ek fochtigens- en temperatuersensors.
Undersykers sille ferskate sensoryske stickers oan in peal befestigje, se op ferskillende hichten pleatse, en de peal dan yn 'e grûn begrave. Dizze opset makke it mooglik foar har om mjittingen te dwaan op ferskillende boaiemdjipten.
"Troch nitraat, focht en temperatuer op ferskate djipten te mjitten, kinne wy no it nitraatútlûkingsproses kwantifisearje en begripe hoe't nitraat troch de boaiem beweecht, wat earder net mooglik wie," sei Andrews.
Yn 'e simmer fan 2024 binne de ûndersikers fan plan om 30 sensorstangen yn 'e grûn te pleatsen by it Hancock Agricultural Research Station en it Arlington Agricultural Research Station oan 'e Universiteit fan Wisconsin-Madison om de sensor fierder te testen.
Pleatsingstiid: 9 july 2024