Shuohao Cai, mahasiswa doktoral ing ilmu tanah, nempatake rod sensor karo stiker sensor multifungsi sing ngidini pangukuran ing ambane beda menyang lemah ing Universitas Wisconsin-Madison Hancock Riset Pertanian Station.
MADISON - Universitas Wisconsin-Madison engineers wis dikembangaké sensor murah sing bisa nyedhiyani terus, nyata-wektu ngawasi nitrat ing jinis lemah Wisconsin umum. Sensor elektrokimia sing dicithak iki bisa mbantu para petani nggawe keputusan manajemen nutrisi sing luwih ngerti lan entuk manfaat ekonomi.
"Sensor kita bisa menehi petani pangerten sing luwih apik babagan status nutrisi ing lemah lan jumlah nitrat sing kasedhiya kanggo tanduran, mbantu dheweke mutusake kanthi luwih akurat babagan pupuk sing dibutuhake," ujare Joseph Andrews, asisten profesor ing Universitas Harvard. Sinau kasebut dipimpin dening Sekolah Teknik Mesin ing Universitas Wisconsin-Madison. "Yen bisa nyuda jumlah pupuk sing dituku, penghematan biaya bisa dadi signifikan kanggo peternakan sing luwih gedhe."
Nitrat minangka nutrisi penting kanggo tuwuhing tanduran, nanging nitrat sing berlebihan bisa larut saka lemah lan mlebu ing banyu. Kontaminasi jinis iki mbebayani kanggo wong sing ngombe banyu sumur sing kontaminasi lan mbebayani kanggo lingkungan. Sensor anyar peneliti uga bisa digunakake minangka alat riset pertanian kanggo ngawasi leaching nitrat lan mbantu ngembangake praktik paling apik kanggo nyuda efek sing mbebayani.
Cara sing saiki kanggo ngawasi nitrat lemah mbutuhake tenaga kerja, larang, lan ora nyedhiyakake data wektu nyata. Pramila ahli elektronik cetak Andrews lan timnya miwiti nggawe solusi sing luwih apik lan luwih murah.
Ing proyek iki, peneliti nggunakake proses printing inkjet kanggo nggawe sensor potensiometri, jinis sensor elektrokimia film tipis. Sensor potensiometri asring digunakake kanggo ngukur nitrat kanthi akurat ing larutan cair. Nanging, sensor kasebut umume ora cocog kanggo digunakake ing lingkungan lemah amarga partikel lemah sing gedhe bisa ngeruk sensor lan nyegah pangukuran sing akurat.
"Tantangan utama sing nyoba kanggo ngatasi yaiku golek cara supaya sensor elektrokimia iki bisa digunakake kanthi bener ing kahanan lemah sing atos lan ndeteksi ion nitrat kanthi akurat," ujare Andrews.
Solusi tim yaiku nyelehake lapisan polyvinylidene fluoride ing sensor. Miturut Andrews, materi iki nduweni rong ciri utama. Kaping pisanan, nduweni pori-pori sing cilik banget, ukurane kira-kira 400 nanometer, sing ngidini ion nitrat ngliwati nalika mblokir partikel lemah. Kapindho, iku hidrofilik, yaiku, narik banyu lan nyerep kaya spons.
"Dadi sembarang banyu nitrat-sugih bakal preferentially seep menyang sensor kita, kang pancene penting amarga lemah uga kaya spons lan sampeyan bakal kelangan perang ing syarat-syarat Kelembapan njaluk menyang sensor yen sampeyan ora bisa njaluk panyerepan banyu padha. Potensi lemah, "ujare Andrews. "Sifat lapisan polyvinylidene fluoride iki ngidini kita ngekstrak banyu sing sugih nitrat, ngirim menyang permukaan sensor lan ndeteksi nitrat kanthi akurat."
Peneliti njlentrehake kemajuane ing makalah sing diterbitake ing Maret 2024 ing jurnal Advanced Materials Technology.
Tim kasebut nguji sensor ing rong jinis lemah sing digandhengake karo Wisconsin-lemah berpasir, umum ing sisih lor-tengah negara, lan loam silty, umum ing Wisconsin kidul-kulon-lan nemokake yen sensor kasebut ngasilake asil sing akurat.
Peneliti saiki nggabungake sensor nitrat menyang sistem sensor multifungsi sing diarani "stiker sensor", ing ngendi telung jinis sensor dipasang ing permukaan plastik sing fleksibel nggunakake backing adesif. Stiker kasebut uga ngemot sensor kelembapan lan suhu.
Peneliti bakal nempelake sawetara stiker sensori menyang kiriman, dilebokake ing dhuwur sing beda-beda, banjur dikubur ing lemah. Persiyapan iki ngidini wong-wong mau bisa ngukur ing ambane lemah sing beda-beda.
"Kanthi ngukur nitrat, kelembapan lan suhu ing ambane sing beda-beda, saiki kita bisa ngetung proses leaching nitrat lan ngerti carane nitrat obah liwat lemah, sing ora bisa ditindakake sadurunge," ujare Andrews.
Ing musim panas 2024, peneliti ngrancang kanggo nyelehake 30 batang sensor ing lemah ing Stasiun Riset Pertanian Hancock lan Stasiun Riset Pertanian Arlington ing Universitas Wisconsin-Madison kanggo nyoba sensor kasebut.
Wektu kirim: Jul-09-2024