Датчики води для більш розумного сільського господарства
Інтелектуальні електронні датчики ґрунту можуть дозволити фермерам подавати індивідуальні дози води для своїх культур, максимально збільшуючи виробництво продуктів харчування та заощаджуючи воду. Дослідники KAUST розробили швидкий та чутливий датчик вологості ґрунту, в основі якого лежить металоорганічний каркас (MOF) з дуже високою спорідненістю до води.
Ефективне використання води є ключовою проблемою для фермерів, яким доводиться годувати населення планети в умовах зміни клімату. «Управління зрошенням може допомогти покращити якість урожаю, знизити витрати на сільське господарство та зберегти воду», — каже Мохамед Еддауді, який керував дослідженням разом із Халедом Саламою. «Високочутливі та селективні датчики вологості ґрунту дозволяють покращити процес керування водними ресурсами», — додає Салама.
Еддауді та його співробітники показали, що MOF можуть добре підходити для визначення вологості ґрунту. MOF є високопористими синтетичними матеріалами з клітинною внутрішньою структурою, які можуть бути адаптовані для розміщення певних малих молекул, включаючи воду.
"Завдяки своїй модульній пористій структурі та простоті функціоналізації MOF є відмінними кандидатами для сенсорних додатків", - говорить Усама Шекха, науковий співробітник групи Еддауді. "Тонкі плівки MOF вже використовуються в електронних пристроях, що відкриває шлях до їх практичного використання", - додає він.
МОК у дослідженні були обрані на основі їхньої гідролітичної стабільності, водоємності та водопоглинання.
"Ми досліджували кілька різних MOF, у тому числі високопористий Cr-soc-MOF-1, розроблений нашою групою в KAUST, який може вловлювати у воді вдвічі більше власної ваги", - говорить доктор філософії, студентка Нора Алсадун.
Команда нанесла MOF на недорогий мікродатчик із зустрічно-штировими електродами, який можна виготовити за допомогою струминного друку або лазерного травлення. Коли цей датчик був вставлений у вологий ґрунт, повітря в MOF було витіснене водою, що змінило його електричну ємність, і цей процес можна виявити та виміряти.
Кожен пристрій MOF було випробувано на глинистому та суглинистому піщаному ґрунті, які можуть демонструвати значні відмінності в текстурі та водоутримуючій здатності.
"Примітно, що датчик вологості ґрунту з покриттям Cr-soc-MOF-1 показав найвищу чутливість близько 450% у глинистому ґрунті з часом відгуку близько 500 секунд", - говорить Салама. Реакція датчика була дуже селективною щодо води, навіть коли в ґрунті були різні іони металів.
"В даний час ми проектуємо та розробляємо портативний прототип датчика вологості ґрунту на основі MOF, який можна легко використовувати для контрольних експериментів у реальних польових вимірах", - говорить Еддауді.
"Ми очікуємо, що датчики вологості ґрунту на основі MOF удосконалять технологію датчиків вологості ґрунту наступного покоління, пропонуючи автоматизовані та точні системи зрошення", - додає Салама.
Також читайте: