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可穿戴石墨烯传感器可测量农作物用水量

技术已经渗透到生活中的每一个角落,是否也能帮助植物生长地更快、更有效率?美国爱荷华州立大学(Iowa State University;ISU)的研究人员给出了肯定的答案。他们开发出一种小型的石墨烯“植物纹身传感器”,可粘贴在玉米植株的叶子上,用于收集与植物生长有关的信息,例如在根部浇水后输送到叶片需要多长的时间,为农民和农业学家提供如何更有效率地用水培养作物所需的信息。

为了制造高性能且具成本效率的传感器,爱荷华州立大学的研究团队提出了一种通过3D打印或更传统的塑模成型技术在聚合物块上形成圆形小凹痕的工艺,再用液体石墨烯填充凹痕并使其沉降。在石墨烯凝固成压痕形状后,工程师沿着这排压痕放置一条胶带,然后连同连接在粘性表面的石墨烯传感器一并拉出。传感器本身的厚度可能小到五百万分之一公尺,这表示着它需要堆叠20个才能达到像人发一样的宽度。

美国爱荷华州立大学的研究人员开发出“植物纹身传感器”,可即时、直接测量农作物用水量

如图中玉米作物所使用的传感器,就是由石墨烯氧化物制成的,这种材料在与水蒸气接触时会发生明显的反应。美国农业部(USDA)以及“农业与食品研究方案”(AFRI)最近投入了近50万美元的资金,资助进一步研究水份在玉米植物中的输送速度,爱荷华州立大学的研究团队成员也因此获得补助,能进一步将这项用水传感器技术商业化。

爱荷华州立大学电子与电脑工程副教授Liang Dong说:“我们至今测试过的传感器中,最令人兴奋的应用是植物传感器。将可穿戴电子传感器用于植物的概念是全新的。这种植物传感器非常小,因而能用于检测植物的蒸腾作用(transpiration;指水份从植物表面散失的现象),但并不会影响植物生长或作物生产。”Dong及其研究团队相信还可以修改传感器,以检测植物是否存在疾病,或测量其农药化学渗透程度。

或许这种传感器也可用于一些较大的物件上进行采集过程。而相同的传感器能用于追踪每一个橘子、香梨或香蕉的温度与湿度吗?一旦摆上货架,消费者可以使用智能手机确定这些植物的品质等级、原产地和其他信息吗?或许再过一些日子,销售价格就会上涨。

然而,农业只是可以应用这种技术的领域之一。研究人员们在去年12月的《先进材料技术》(Advanced Materials Technologies)期刊上发表论文指出,传感器可用于多种目的,例如收集医院病人的医疗诊断信息或检测建筑物或桥梁的结构完整性。总有一天,可能只要有一个可以粘贴胶带的表面,就能利用这项技术来监视任何物件,这样的未来似乎不再遥远。