Топурак таануу боюнча докторант Шуохао Цай Висконсин университетинин-Мэдисон Хэнкок айыл чарба изилдөө станциясында топурактын ар кандай тереңдигинде өлчөөлөрдү жүргүзүүгө мүмкүндүк берген көп функциялуу сенсор стикери бар сенсор таякчасын жайгаштырды.
МАДИСОН — Висконсин-Мэдисон университетинин инженерлери жалпы Висконсин топурактын түрлөрүндө нитраттын туруктуу, реалдуу убакыт режиминде мониторингин камсыз кыла ала турган арзан баадагы сенсорлорду иштеп чыгышты. Бул басылып чыккан электрохимиялык сенсорлор фермерлерге азыктандыруучу заттарды башкаруу боюнча чечимдерди кабыл алууга жана экономикалык пайданы ишке ашырууга жардам берет.
"Биздин сенсорлор фермерлерге топурактын азыктануу абалын жана алардын өсүмдүктөрүнө болгон нитраттын көлөмүн жакшыраак түшүнүүгө жардам берип, аларга канча жер семирткич керек экенин так чечүүгө жардам берет", - дейт Гарвард университетинин ассистенти Жозеф Эндрюс. Изилдөөнү Висконсин-Мэдисон университетинин Механикалык инженерия мектеби жетектеген. "Эгер алар сатып алган жер семирткичтердин көлөмүн азайта алышса, ири чарбалар үчүн чыгымдарды үнөмдөө олуттуу болушу мүмкүн."
Нитраттар айыл чарба өсүмдүктөрүнүн өсүшү үчүн маанилүү азык болуп саналат, бирок ашыкча нитраттар топурактан сиңип, жер астындагы сууларга кирип кетиши мүмкүн. Булгануунун бул түрү булганган кудуктун суусун ичкен адамдарга зыяндуу жана айлана-чөйрөгө зыян келтирет. Изилдөөчүлөрдүн жаңы сенсору нитраттарды жууп кетүүгө мониторинг жүргүзүү жана анын зыяндуу таасирин азайтуу үчүн мыкты тажрыйбаларды иштеп чыгуу үчүн айыл чарба изилдөө куралы катары да колдонулушу мүмкүн.
Топурак нитратына мониторинг жүргүзүүнүн учурдагы ыкмалары эмгекти көп талап кылат, кымбат жана реалдуу убакыт режиминде маалыматтарды бербейт. Ошондуктан басылып чыккан электроника боюнча адис Эндрюс жана анын командасы жакшыраак, арзаныраак чечимди түзүүнү көздөшкөн.
Бул долбоордо изилдөөчүлөр потенциометриялык сенсорду, жука пленкалуу электрохимиялык сенсордун бир түрүн түзүү үчүн струйный басып чыгаруу процессин колдонушкан. Потенциометриялык сенсорлор көбүнчө суюк эритмелердеги нитраттарды так өлчөө үчүн колдонулат. Бирок, бул сенсорлор көбүнчө топурак чөйрөсүндө колдонууга ылайыктуу эмес, анткени чоң топурак бөлүкчөлөрү сенсорлорду чийип, так өлчөөлөрдү алдын алат.
"Биз чечүүгө аракет кылып жаткан негизги маселе бул электрохимиялык сенсорлордун катаал кыртыштын шарттарында туура иштешин жана нитрат иондорун так аныктоонун жолун табуу болчу" деди Эндрюс.
Команданын чечими сенсорго поливинилиден фторидинин катмарын коюу болду. Эндрюстун айтымында, бул материал эки негизги өзгөчөлүктөргө ээ. Биринчиден, анын көлөмү 400 нанометрге барабар болгон кичинекей тешикчелери бар, алар топурак бөлүкчөлөрүн тосуп жатканда нитрат иондорунун өтүшүнө мүмкүндүк берет. Экинчиден, ал гидрофилдик, башкача айтканда, сууну өзүнө тартып, губка сыяктуу сиңирет.
"Ошентип, ар кандай нитраттарга бай суу биздин сенсорлорубузга сиңип кетет, бул чындыгында маанилүү, анткени топурак да губка сыяктуу жана сиз ошол эле сууну сиңире албасаңыз, сенсорго ным алуу жагынан жеңилип каласыз. Топурак потенциалы ", - деди Эндрюс. "Поливинилиден фторид катмарынын бул касиеттери нитраттарга бай сууну бөлүп алууга, аны сенсордун бетине жеткирүүгө жана нитратты так аныктоого мүмкүндүк берет."
Окумуштуулар 2024-жылдын март айында Advanced Materials Technology журналында жарыяланган макалада өздөрүнүн жетишкендиктерин деталдашты.
Команда өз сенсорун Висконсин менен байланышкан эки түрдүү топурак типинде - штаттын түндүк-борбордук бөлүктөрүндө кеңири таралган кумдуу топурактарда жана Висконсиндин түштүк-батышында кеңири таралган лайлуу топурактарда сынап көрүп, сенсорлор так натыйжаларды бергенин аныкташкан.
Изилдөөчүлөр азыр нитрат сенсорун "сенсордук чаптама" деп атаган көп функционалдуу сенсор системасына бириктирип жатышат, мында үч түрдүү сенсорлор ийкемдүү пластик бетине жабышчаак таяныч менен орнотулган. Чаптамаларда нымдуулук жана температура сенсорлору да бар.
Окумуштуулар мамыга бир нече сенсордук стикерлерди чаптап, аларды ар кандай бийиктикке жайгаштырышат, андан кийин мамыны топуракка көмүшөт. Бул орнотуу аларга кыртыштын ар кандай тереңдиктеринде өлчөөлөрдү жүргүзүүгө мүмкүндүк берди.
"Ар кандай тереңдиктерде нитраттарды, нымдуулукту жана температураны өлчөө менен биз нитраттарды жууп салуу процессинин санын аныктай алабыз жана нитраттын топурак аркылуу кантип жылып жатканын түшүнө алабыз, буга чейин бул мүмкүн эмес болчу" деди Эндрюс.
2024-жылдын жай айларында изилдөөчүлөр сенсорду андан ары сыноо үчүн Хэнкок айыл чарба изилдөө станциясына жана Висконсин-Мэдисон университетинин Арлингтон айыл чарба изилдөө станциясына топуракка 30 сенсор таякчасын жайгаштырууну пландаштырууда.
Посттун убактысы: 2024-09-09