Туфрак фәннәре буенча докторант Шуохао Цай Висконсин-Мэдисон университетының Хэнкок авыл хуҗалыгы тикшеренү станциясендә туфракның төрле тирәнлегендә үлчәүләр үткәрергә мөмкинлек бирүче күп функцияле сенсор стикеры булган сенсор таякчыгын урнаштыра.
МЭДИСОН — Висконсин-Мэдисон университеты инженерлары Висконсинның киң таралган туфрак төрләрендә нитратны өзлексез, реаль вакыт режимында күзәтеп тора алырлык арзанлы сенсорлар эшләделәр. Бу бастырылган электрохимик сенсорлар фермерларга туклыклы матдәләр белән идарә итү буенча күбрәк мәгълүматлы карарлар кабул итәргә һәм икътисади файдага ирешергә ярдәм итә ала.
"Безнең сенсорлар фермерларга туфракның туклыклылык торышын һәм үсемлекләр өчен кулланыла торган нитрат күләмен яхшырак аңларга ярдәм итә ала, аларга чыннан да күпме ашлама кирәклеген төгәлрәк билгеләргә ярдәм итә", - диде Гарвард университеты доценты Джозеф Эндрюс. Тикшеренүне Висконсин-Мэдисон университетының Машина төзелеше мәктәбе җитәкләде. "Әгәр алар сатып ала торган ашлама күләмен киметә алсалар, зуррак хуҗалыклар өчен чыгымнарны экономияләү шактый зур булырга мөмкин."
Нитратлар культуралар үсеше өчен мөһим туклыклы матдәләр, ләкин артык нитратлар туфрактан агып чыгып, җир асты суларына эләгә ала. Бу төр пычрану пычранган кое суын эчүче кешеләр өчен зарарлы һәм әйләнә-тирә мохиткә зыянлы. Тикшеренүчеләрнең яңа сенсоры шулай ук нитрат агып чыгуын күзәтү һәм аның зарарлы йогынтысын киметү өчен иң яхшы тәҗрибәләрне эшләү өчен авыл хуҗалыгы тикшеренү коралы буларак та кулланылырга мөмкин.
Туфрак нитратын күзәтүнең хәзерге ысуллары күп хезмәт таләп итә, кыйммәт һәм реаль вакыт режимында мәгълүмат бирми. Шуңа күрә басма электроника белгече Эндрюс һәм аның командасы яхшырак, арзанрак чишелеш булдырырга керештеләр.
Бу проектта тикшеренүчеләр потенциометрик сенсор булдыру өчен сыя агымы белән бастыру процессын кулландылар, бу юка пленкалы электрохимик сенсор төре. Потенциометрик сенсорлар еш кына сыек эретмәләрдә нитратны төгәл үлчәү өчен кулланыла. Ләкин бу сенсорлар, гадәттә, туфрак мохитендә куллану өчен яраклы түгел, чөнки зур туфрак кисәкчәләре сенсорларны тырнап, төгәл үлчәүләргә комачаулый ала.
"Без хәл итәргә тырышкан төп кыенлык - бу электрохимик сенсорларның каты туфрак шартларында дөрес эшләвен һәм нитрат ионнарын төгәл ачыклавын тәэмин итү ысулын табу иде", - диде Эндрюс.
Команданың чишелеше сенсорга поливинилиден фториды катламын урнаштыру иде. Эндрюс сүзләренчә, бу материалның ике төп үзенчәлеге бар. Беренчедән, аның бик кечкенә, якынча 400 нанометр зурлыктагы тишекләре бар, алар нитрат ионнарының үтеп керүенә мөмкинлек бирә, шул ук вакытта туфрак кисәкчәләрен тоткарлый. Икенчедән, ул гидрофиль, ягъни суны үзенә тарта һәм губка кебек сеңдерә.
"Шуңа күрә нитратларга бай теләсә нинди су безнең датчикларга үтеп керәчәк, бу бик мөһим, чөнки туфрак та губка кебек, һәм сез шул ук суны сеңдерә алмасагыз, датчикка дым керү өчен көрәштә оттырачаксыз. Туфрак потенциалы", - диде Эндрюс. "Поливинилиден фторид катламының бу үзенчәлекләре безгә нитратларга бай суны аерып алырга, аны датчик өслегенә җиткерергә һәм нитратны төгәл ачыкларга мөмкинлек бирә."
Тикшеренүчеләр үз алгарышларын 2024 елның мартында Advanced Materials Technology журналында бастырылган мәкаләдә җентекләп сурәтләделәр.
Команда үз датчикларын Висконсин белән бәйле ике төрле туфрак төрендә - штатның төньяк-үзәк өлешләрендә еш очрый торган комлы туфракларда һәм Висконсинның көньяк-көнбатышында еш очрый торган ләмле балчыкларда - сынап карады һәм датчикларның төгәл нәтиҗәләр бирүен ачыклады.
Хәзер тикшеренүчеләр үзләренең нитрат сенсорын "сенсор стикеры" дип аталган күп функцияле сенсор системасына интеграциялиләр, анда өч төрле сенсор ябыштыргычлы пластик өслеккә урнаштырылган. Стикерларда шулай ук дымлылык һәм температура сенсорлары бар.
Тикшеренүчеләр баганага берничә сенсор стикер беркетәчәк, аларны төрле биеклектә урнаштырачак, аннары багананы туфракка күмәчәк. Бу җайланма аларга төрле туфрак тирәнлегендә үлчәүләр ясарга мөмкинлек бирде.
"Төрле тирәнлектә нитратны, дымны һәм температураны үлчәү аша без хәзер нитратның селтеләү процессын санлы рәвештә билгели алабыз һәм нитратның туфрак аша ничек хәрәкәт итүен аңлый алабыз, бу элек мөмкин түгел иде", - диде Эндрюс.
2024 елның җәендә тикшеренүчеләр Висконсин-Мэдисон Университетындагы Хэнкок авыл хуҗалыгы тикшеренү станциясендә һәм Арлингтон авыл хуҗалыгы тикшеренү станциясендә туфракка 30 датчик таякчасы урнаштырырга планлаштыра, бу датчикны тагын да сынап карау өчен кирәк.
Бастырып чыгару вакыты: 2024 елның 9 июле