Shuohao Cai, mahasiswa doktoral ilmu lemah, masang batang sensor nganggo stiker sensor multifungsi sing ngidini pangukuran ing jerone lemah sing beda-beda ing Stasiun Riset Pertanian Universitas Wisconsin-Madison Hancock.
MADISON — Para insinyur Universitas Wisconsin-Madison wis ngembangake sensor kanthi biaya murah sing bisa nyedhiyakake pemantauan nitrat kanthi wektu nyata lan terus-terusan ing jinis lemah Wisconsin sing umum. Sensor elektrokimia sing dicithak iki bisa mbantu para petani nggawe keputusan manajemen nutrisi sing luwih tepat lan entuk manfaat ekonomi.
"Sensor kita bisa menehi pangerten sing luwih apik marang para petani babagan status nutrisi lemah lan jumlah nitrat sing kasedhiya kanggo tanduran, mbantu dheweke nemtokake kanthi luwih akurat pira pupuk sing dibutuhake," ujare Joseph Andrews, asisten profesor ing Universitas Harvard. Panliten iki dipimpin dening Sekolah Teknik Mesin ing Universitas Wisconsin-Madison. "Yen dheweke bisa nyuda jumlah pupuk sing dituku, penghematan biaya bisa dadi signifikan kanggo pertanian sing luwih gedhe."
Nitrat minangka nutrisi penting kanggo pertumbuhan tanduran, nanging nitrat sing berlebihan bisa ucul saka lemah lan mlebu ing banyu soko lemah. Kontaminasi jinis iki mbebayani kanggo wong sing ngombe banyu sumur sing wis tercemar lan mbebayani kanggo lingkungan. Sensor anyar saka para peneliti uga bisa digunakake minangka alat riset pertanian kanggo ngawasi pelindian nitrat lan mbantu ngembangake praktik paling apik kanggo nyuda efek sing mbebayani.
Cara saiki kanggo ngawasi nitrat lemah butuh tenaga akeh, larang, lan ora nyedhiyakake data wektu nyata. Pramila pakar elektronik cetak Andrews lan timnya nggawe solusi sing luwih apik lan luwih murah.
Ing proyèk iki, para panaliti nggunakaké proses pencetakan inkjet kanggo nggawé sensor potensiometrik, sawijining jinis sensor elektrokimia film tipis. Sensor potensiometrik asring digunakaké kanggo ngukur nitrat kanthi akurat ing larutan cair. Nanging, sensor iki umumé ora cocok digunakaké ing lingkungan lemah amarga partikel lemah sing gedhé bisa ngeruk sensor lan nyegah pangukuran sing akurat.
"Tantangan utama sing lagi dicoba dirampungake yaiku nemokake cara supaya sensor elektrokimia iki bisa digunakake kanthi bener ing kahanan lemah sing atos lan ndeteksi ion nitrat kanthi akurat," ujare Andrews.
Solusi tim kasebut yaiku masang lapisan polivinilidena fluorida ing sensor kasebut. Miturut Andrews, bahan iki nduweni rong ciri utama. Kapisan, nduweni pori-pori cilik banget, ukurane udakara 400 nanometer, sing ngidini ion nitrat ngliwati nalika mblokir partikel lemah. Kapindho, sifate hidrofilik, yaiku narik banyu lan nyerep kaya spons.
"Dadi banyu sing sugih nitrat bakal luwih seneng meresap menyang sensor kita, sing penting banget amarga lemah uga kaya spons lan sampeyan bakal kalah perang babagan kelembapan sing mlebu sensor yen sampeyan ora bisa entuk panyerepan banyu sing padha. Potensi lemah," ujare Andrews. "Sifat-sifat lapisan polivinilidena fluorida iki ngidini kita ngekstrak banyu sing sugih nitrat, ngirim menyang permukaan sensor lan ndeteksi nitrat kanthi akurat."
Para peneliti njlentrehake kemajuane ing makalah sing diterbitake ing Maret 2024 ing jurnal Advanced Materials Technology.
Tim kasebut nguji sensor ing rong jinis lemah sing ana gandhengane karo Wisconsin—lemah berpasir, umum ing sisih lor-tengah negara bagian, lan lempung lendhut, umum ing sisih kidul-kulon Wisconsin—lan nemokake manawa sensor kasebut ngasilake asil sing akurat.
Para peneliti saiki lagi nggabungake sensor nitrat menyang sistem sensor multifungsi sing diarani "stiker sensor," ing ngendi telung jinis sensor dipasang ing permukaan plastik fleksibel nggunakake lapisan perekat. Stiker kasebut uga ngemot sensor kelembapan lan suhu.
Para peneliti bakal nempelake sawetara stiker sensorik ing cagak, dipasang ing dhuwur sing beda-beda, banjur ngubur cagak kasebut ing lemah. Setelan iki ngidini dheweke ngukur ing jerone lemah sing beda-beda.
"Kanthi ngukur nitrat, kelembapan, lan suhu ing jerone sing beda-beda, saiki kita bisa ngetung proses pencucian nitrat lan ngerti kepiye nitrat obah liwat lemah, sing sadurunge ora bisa ditindakake," ujare Andrews.
Ing mangsa panas taun 2024, para peneliti ngrencanakake masang 30 batang sensor ing lemah ing Stasiun Riset Pertanian Hancock lan Stasiun Riset Pertanian Arlington ing Universitas Wisconsin-Madison kanggo nguji sensor kasebut luwih lanjut.
Wektu kiriman: 9-Jul-2024