Датчики влажности почвы могут помочь фермерам экономить воду, сообщая им, когда их посевы действительно нужно поливать. Экспериментальный новый датчик может быть особенно полезен, так как он включает в себя специальный материал, который делает его очень чувствительным к влаге.
Прототип устройства, разработанный исследователями из Университета науки и технологии имени короля Абдуллы в Саудовской Аравии (KAUST), предназначен для втыкания в почву, как колышек для палатки.
Чувствительный к влаге элемент на нижнем конце покрыт тонкой пленкой из синтетического материала, известного как металлоорганический каркас (metal-organic framework, MOF). Ранее использовавшиеся в таких приложениях, как фильтры для воды, вакцины и среды для улавливания углерода, MOF имеют внутреннюю микроструктуру в виде открытой клетки, которая позволяет им поглощать определенные типы молекул.
В то время как команда KAUST опробовала различные MOF, было обнаружено, что один из них, названный Cr-soc-MOF-1, имеет особую "cимпатию" к воде, захватывая в жидкости вдвое больше собственного веса.
Ученые покрыли недорогой электрод-микросенсор тонкой пленкой материала, а затем поместили этот датчик во влажную почву. По мере того как пленка продолжала втягивать воду из почвы, эта вода вытесняла часть воздуха внутри MOF, пропорционально изменяя его электрическую емкость. Это изменение может быть обнаружено микродатчиком, таким образом обеспечивая электронное считывание уровня влажности почвы.
Схема планируемой коммерческой версии датчика влажности почвы с MOF. Фото: Reprinted with permission from Alsadun et al. Copyright © 2023, American Chemical Society.
Было обнаружено, что установка работает как в суглинистых, так и в глинистых образцах почвы, демонстрируя время отклика около восьми минут в последнем случае. Теперь планируется провести реальные полевые испытания технологии с использованием более портативной версии устройства.
«Мы ожидаем, что датчики влажности почвы на основе MOF усовершенствуют технологию датчиков влажности почвы следующего поколения, предлагая автоматизированные и точные системы орошения», — сказал профессор Халед Салама из KAUST.
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Источник: KAUST.
