Новый датчик почвы может повысить эффективность удобрения сельскохозяйственных культур

Измерение температуры и уровня азота в почве важно для сельскохозяйственных систем, но определить их отдельно друг от друга сложно. Хуаньюй «Ларри» Ченг, Джеймс Л. Хендерсон-младший, мемориальный адъюнкт-профессор инженерных наук и механики в Пенсильвании, руководил исследователями в разработке многопараметрического датчика, который может эффективно отделять сигналы температуры и азота, чтобы можно было измерить каждый из них. точно. Результаты были недавно опубликованы Передовые материалы.

«Для эффективного внесения удобрений необходим непрерывный мониторинг в режиме реального времени почвенные условия, особенно использование азота и температура почвы— сказал Ченг. «Это важно для оценки здоровья сельскохозяйственных культур, снижения загрязнение окружающей среды и продвижение устойчивого и точного земледелия».

Использование азота в качестве удобрения является обычной практикой в ​​сельском хозяйстве, и цель состоит в том, чтобы использовать идеальное количество для получения наилучшего урожая. Когда азота используется слишком мало, урожайность культуры может быть ниже оптимальной. Когда используется слишком много, удобрения тратятся впустую, растения могут сгореть, а вредные азотные газы выбрасываются в окружающую среду. Точное обнаружение уровни азота— в частности, потеря азота в виде газа — может помочь фермерам достичь оптимального уровня удобрения для рост растений.

«На рост растений также влияет температура, которая влияет на физические, химические и микробиологические процессы в почве», — сказал соавтор Ли Ян, профессор Школы искусственного интеллекта Китайского технологического университета Хэбэй. «Непрерывный мониторинг позволяет фермерам разрабатывать стратегии и меры, когда температура слишком высокая или слишком низкая для их культур».

К сожалению, и газы, и температура — наряду с колебаниями относительной влажности — могут вызывать изменения показаний сопротивления датчика, поэтому датчик не может их различить. По словам Ченга, редко сообщается о механизмах датчиков, которые могут получать газообразный азот и измерения температуры независимо друг от друга.

Команда Ченга разработала и изготовила высокопроизводительный датчик, полностью отделяющий обнаружение потери азота от температуры почвы. Многопараметрический датчик основан на пене графена, легированной оксидом ванадия, индуцированной лазером. Оксид ванадия может адсорбировать и взаимодействовать с газообразным азотом, а легирование металлокомплексы в графене также было обнаружено, что он улучшает адсорбцию газа и чувствительность обнаружения.

Датчик заключен в мягкую мембрану, которая блокирует проникновение газообразного азота, поэтому датчик реагирует только на колебания температуры. Кроме того, герметизация может быть удалена, и датчик может работать при повышенной температуре. Это устраняет влияние относительной влажности и температуры почвы, что позволяет точно измерять газообразный азот. Комбинация герметизированного датчика и негерметизированного датчика может полностью изолировать температуру и газообразный азот без помех.

Развязка колебания температуры По словам Ченга, выбросы газообразного азота можно использовать для разработки и применения мультимодальных устройств с развязанными механизмами датчиков для точного земледелия в любых погодных условиях.

«Возможность одновременного обнаружения сверхнизких концентраций оксида азота и малых температура Изменения прокладывают путь к разработке будущих мультимодальных электронных устройств с развязанными механизмами датчиков для точного земледелия, мониторинга состояния здоровья и других приложений», — сказал Ченг.