2023-03-22 ペンシルベニア州立大学(PennState)
ペンシルバニア州立大学のHuanyu “Larry” Cheng氏は、研究者たちを率いて、温度と窒素信号を効果的に分離して正確に測定できるマルチパラメーターセンサーの開発に取り組みました。
◆その結果は最近Advanced Materialsで発表されました。
◆窒素を肥料として使用することは農業において一般的な方法であり、最適な作物収量を得るために理想的な量を使用することが目標です。窒素が少なすぎる場合、作物の収量は最適ではありません。逆に、多すぎる場合、肥料が無駄になり、植物が焼け付くことがあり、有害な窒素ガスが環境に放出されます。
◆窒素レベルを正確に検出することは、特にガスの形で失われる窒素の損失を含めて、作物の成長に最適な肥料レベルを達成するために農家が役立ちます。
◆温度もまた植物の成長に影響を与えます。これは土壌中の物理的、化学的および微生物学的プロセスに影響を与えます。連続的なモニタリングは、作物のために温度が高すぎるまたは低すぎる場合の戦略や介入策を開発することができます。
＜関連情報＞
- https://www.psu.edu/news/engineering/story/new-soil-sensor-may-improve-efficiency-crop-fertilization/
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210322
土壌の窒素損失と温度を切り離す酸化バナジウム添加レーザー誘起グラフェンマルチパラメーターセンサー Vanadium Oxide-Doped Laser-Induced Graphene Multi-Parameter Sensor to Decouple Soil Nitrogen Loss and Temperature
Li Yang, Jiayi Yan, Chuizhou Meng, Ankan Dutta, Xue Chen, Ye Xue, Guangyu Niu, Ya Wang, Shuaijie Du, Peng Zhou, Cheng Zhang, Shijie Guo, Huanyu Cheng
Advanced Materials Pblished: 19 January 2023
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202210322
Abstract
Monitoring nitrogen utilization efficiency and soil temperature in agricultural systems for timely intervention is essential for crop health with reduced environmental pollution. Herein, this work presents a high-performance multi-parameter sensor based on vanadium oxide (VOX)-doped laser-induced graphene (LIG) foam to completely decouple nitrogen oxides (NOX) and temperature. The highly porous 3D VOX-doped LIG foam composite is readily obtained by laser scribing vanadium sulfide (V5S8)-doped block copolymer and phenolic resin self-assembled films. The heterojunction formed at the LIG/VOX interface provides the sensor with enhanced response to NOX and an ultralow limit of detection of 3 ppb (theoretical estimate of 451 ppt) at room temperature. The sensor also exhibits a wide detection range, fast response/recovery, good selectivity, and stability over 16 days. Meanwhile, the sensor can accurately detect temperature over a wide linear range of 10–110 °C. The encapsulation of the sensor with a soft membrane further allows for temperature sensing without being affected by NOX. The unencapsulated sensor operated at elevated temperature removes the influences of relative humidity and temperature variations for accurate NOX measurements. The capability to decouple nitrogen loss and soil temperature paves the way for the development of future multimodal decoupled electronics for precision agriculture and health monitoring.
